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| Una ilustración de átomos de erbio (flechas) expuestos a luz infrarroja (discos rojos). (Christoph Hohmann / MCQST) |
La física cuántica promete enormes avances no solo en la computación cuántica, sino también en una Internet cuántica, un marco de próxima generación para transferir datos de un lugar a otro. Los científicos ahora han inventado una tecnología adecuada para un módem cuántico que podría actuar como puerta de enlace de red.
Lo que hace que una Internet cuántica sea superior a la Internet regular existente en la que estás leyendo esto es la seguridad: interferir con los datos que se transmiten con técnicas cuánticas esencialmente rompería la conexión. Es lo más imposible de hackear.
Sin embargo, al igual que con el intento de producir computadoras cuánticas comerciales y prácticas, convertir Internet cuántica de potencial a realidad está llevando tiempo, lo que no es sorprendente, considerando la física increíblemente compleja involucrada. Un módem cuántico podría ser un paso adelante muy importante para la tecnología.
"En el futuro, una Internet cuántica podría usarse para conectar computadoras cuánticas ubicadas en diferentes lugares, lo que aumentaría considerablemente su potencia de cálculo". dice el físico Andreas Reiserer, del Instituto Max Planck en Alemania.
La computación cuántica se basa en la idea de los qubits, que a diferencia de los bits de computadora clásicos pueden almacenar varios estados simultáneamente. La nueva investigación se centra en conectar qubits estacionarios en una computadora cuántica con qubits en movimiento que viajan entre estas máquinas.
Ese es un desafío difícil cuando se trata de información que se almacena con tanta delicadeza como en la física cuántica. En esta configuración, los fotones de luz se utilizan para almacenar datos cuánticos en tránsito, fotones que están sintonizados con precisión a la longitud de onda infrarroja de la luz láser utilizada en los sistemas de comunicación actuales.
Eso le da al nuevo sistema una ventaja clave, ya que funcionará con las redes de fibra óptica existentes, lo que haría una actualización cuántica mucho más sencilla cuando la tecnología esté lista para implementarse.
Al descubrir cómo hacer que los qubits almacenados en reposo reaccionen correctamente con los fotones infrarrojos en movimiento, los investigadores determinaron que el elemento erbio y sus electrones eran los más adecuados para el trabajo, pero los átomos de erbio no están naturalmente inclinados a dar el salto cuántico necesario entre dos estados. Para que eso sea posible, los átomos de erbio estáticos y los fotones infrarrojos en movimiento están esencialmente unidos hasta que se llevan bien.
Descubrir cómo hacer esto requirió un cálculo cuidadoso del espacio y las condiciones necesarias. Dentro de su módem, los investigadores instalaron un gabinete de espejos en miniatura alrededor de un cristal hecho de un compuesto de silicato de itrio. Esta configuración se enfrió luego a menos 271 grados Celsius.
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| El gabinete de espejos del módem. (Instituto Max Planck) |
El cristal enfriado mantuvo los átomos de erbio lo suficientemente estables como para forzar una interacción, mientras que los espejos rebotaron los fotones infrarrojos alrededor de decenas de miles de veces, creando esencialmente decenas de miles de oportunidades para que suceda el salto cuántico necesario. Los espejos hacen que el sistema sea 60 veces más rápido y mucho más eficiente de lo que sería de otra manera, dicen los investigadores.
Una vez que se ha realizado ese salto entre los dos estados, la información se puede pasar a otro lugar. Esa transferencia de datos plantea un conjunto completamente nuevo de problemas que deben superarse, pero los científicos están ocupados trabajando en soluciones.
Al igual que con muchos avances en la tecnología cuántica, llevará un tiempo llevar esto del laboratorio a sistemas reales del mundo real, pero es otro paso significativo hacia adelante, y el mismo estudio también podría ayudar en procesadores cuánticos y repetidores cuánticos que pasan datos. en distancias más largas.
"Nuestro sistema permite así interacciones eficientes entre qubits ligeros y de estado sólido, al tiempo que conserva las frágiles propiedades cuánticas de estos últimos en un grado sin precedentes", escriben los investigadores en su artículo publicado.
La investigación se ha publicado en Physical Review X.