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27 noviembre 2017

Este diminuto ‘router’ cuántico podría ser la base del internet cuántico del futuro.

Este diminuto ‘router’ cuántico podría ser la base del internet cuántico del futuro.

El prototipo ha dado unos resultados espectaculares a la hora de almacenar y reenviar información en estado cuántico y sería fácilmente escalable a nivel nacional y continental. Aplicado a los ordenadores cuánticos que están por venir, podría sentar las bases para crear su propio internet cuántico.

Las extrañas leyes de la mecánica cuántica permiten enviar información desde un extremo del universo al otro con privacidad total. Los espías no pueden “pinchar” estas comunicaciones, ni siquiera en teoría. Así que los gobiernos, los ejércitos y los bancos están ansiosos por que surjan nuevos avances en este tipo de tecnología.

De hecho, ya hay una versión básica disponible. Los actuales sistemas de comunicación cuántica se basan en conexiones directas de fibra óptica de un lugar a otro. Pero dado que las fibras ópticas absorben la luz, su uso limita la distancia a la que puede enviar la información cuántica a un par de cientos de kilómetros.

Para enviar información cuántica más lejos hace falta utilizar un internet cuántico: una red de enrutadores cuánticos unidos por fibra óptica. Estos aparatos deben recibir la información cuántica, almacenarla y después reenviarla a través de la red.

Este proceso es complicado porque la información cuántica es famosa por su delicadeza: se destruye en un abrir y cerrar de ojos y se filtra al medio ambiente. Por eso, a los físicos les encantaría tener un robusto dispositivo capaz de recibir y almacenar estados cuánticos.

Y eso es justo lo que afirman haber creado el investigador de la Universidad de Viena (Austria) Ralf Riedinger y varios compañeros. Su nanomáquina es capaz de recibir y almacenar información cuántica enviada por cables de fibra óptica.

El nuevo dispositivo consiste en un par de resonadores de silicio a nanoescala, es decir, pequeños haces de silicio que vibran como una cuerda de guitarra. Estos haces tienen unos pocos micrómetros de escala, un tamaño que garantiza que resuenen a una frecuencia concreta dentro del rango de las telecomunicaciones ópticas, en este caso 5,1 gigahercios (el equivalente a una longitud de onda de 1.553,8 nanómetros).

En el experimento, los investigadores enfriaron los resonadores hasta temperaturas cercanas al cero absoluto para que no vibrasen. Es decir, a esa temperatura los haces se mantienen en su estado cuántico fundamental. Después, conectaron dos de ellos a través de un cable de fibra óptica relleno de fotones a la frecuencia de resonancia. Esto genera fotones cuánticos, o unidades de vibración, en cada barra. En otras palabras, la presión de radiación hace vibrar a los haces. Y dado que se trata de un proceso cuántico, los haces y fotones se entrelazan.

Aunque parezca fácil, el proceso es bastante complicado porque los haces deben ser idénticos para vibrar a la misma frecuencia. Para encontrar haces idénticos, Riedinger y sus compañeros fabricaron alrededor de 500 de ellos sobre un chip de silicio mediante litografía por haz de electrones y una técnica de grabado por plasma de iones reactivos.

A continuación, dividieron el chip en dos y midieron la frecuencia de resonancia de todas las barras de cada chip para encontrar pares idénticos. La investigación detalla: “Encontramos un total de cinco pares que cumplen este requisito en 234 dispositivos probados por un chip”. En la práctica, las frecuencias de resonancia pueden diferir en unos megahercios, que el equipo puede compensar manipulando los pulsos ópticos de la fibra.

El equipo ha probado su prototipo con unos resultados impresionantes. Colocaron ambos chips en una nevera, conectados por 70 metros de fibra óptica a una distancia de 20 centímetros. Luego entrelazaron los dos nanorresonadores y midieron las reveladoras firmas cuánticas.

Y este sistema podría ser escalado fácilmente. El equipo apunta: “No vemos ninguna restricción adicional para extender esto a varios kilómetros y más allá”.

El factor que limita la distancia de entrelazamiento es el tiempo durante el cual el estado cuántico puede permanecer almacenado de esta manera, porque eso determina lo lejos que podrá viajar un fotón entrelazado. El equipo de Riedinger limitó el tiempo de coherencia de los fonones de su experimento para reducir la longitud de las medidas requeridas.

Pero estos resonadores podrían alcanzar fácilmente un rendimiento más avanzado en este aspecto. “Los mejores tiempos de vida para estos elementos mecánicos diseñados suelen oscilar entre un nanosegundo y un segundo, lo que permitiría un alcance a nivel regional o incluso continental”, afirma el equipo.

La importancia de este avance radica en que estos nanorresonadores obviamente podrían actuar como enrutadores cuánticos. “El sistema presentado aquí es directamente escalable a más dispositivos y podría integrarse en una red cuántica real”, aseguran.

Y debido a que el sistema puede ser modificado para transferir información a frecuencias de microondas, también podría conectarse con ordenadores cuánticos que operan a estas frecuencias. Bajo esta idea, el equipo de Riedinger saca una conclusión ambiciosa: “Combinar nuestros resultados con dispositivos optomecánicos capaces de transferir información cuántica desde el dominio óptico al de microondas podría proporcionar la columna vertebral del futuro internet cuántico para ordenadores cuánticos superconductores”.

Fuente: http://www.asiap.org

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