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Memorias Cuánticas para una Red de Internet Cuántica

física cuántica Sep 08, 2017

La investigación sobre la comunicación cuántica es muy activa y recientemente se ha producido un gran avance en cuanto a la comunicación cuántica Tierra-Satélite ( Earth-to-Satellite Quantum)  , Teleportación (Teleportation) y Comunicaciones Cuánticas por Satélite (Quantum Communications via Satellites). Otro tema importante es el de la memoria cuántica, un elemento esencial para construir cualquier sistema cuántico y, en particular, para las redes cuánticas.

Las redes cuánticas construidas a partir de nodos cuánticos interconectados por fibra óptica abren múltiples oportunidades, como redes de criptografía cuántica de alta velocidad, computadores cuánticos a gran escala y simuladores cuánticos. Los requisitos para una tecnología de nodos cuánticos escalables son (i) el almacenamiento de información cuántica en una memoria cuántica, y (ii) la conversión bajo demanda de esta información en fotones individuales que viajan a lo largo de las interconexiones de la red. Actualmente se están investigando muchas plataformas físicas diferentes para las memorias cuánticas, que van desde los fonones en los sólidos hasta los condensados atómicos de Bose-Einstein.

" La combinación de una configuración sencilla, un gran ancho de banda y un bajo nivel de ruido es muy prometedora para su futura aplicación en redes cuánticas."

Janik Wolters - Universidad de Basilea, Suiza

El físico Janik Wolters y su equipo, con sede en la Universidad de Basilea, han desarrollado una memoria cuántica en vapor de Rb caliente con almacenamiento y recuperación a demanda [1].

(a) Niveles de energía de la línea de Rb y transiciones involucradas en los experimentos de memoria. (b) Montaje experimental para el experimento de memoria. (c) Forma de los pulsos de señal utilizados en los experimentos de almacenamiento y recuperación medidos.

Los investigadores lograron almacenar información y volver a leerla más tarde sin alterar demasiado sus propiedades mecánicas cuánticas. Esta memoria funciona con fotones individuales emitidos por puntos cuánticos semiconductores. Las memorias de célula de vapor ofrecen un excelente compromiso entre eficiencia de almacenamiento, tiempo de almacenamiento, nivel de ruido y complejidad experimental, y las colisiones atómicas tienen una influencia insignificante en las coherencias ópticas. El funcionamiento de la memoria se demuestra utilizando pulsos láser atenuados en el nivel de un solo fotón. Unas sencillas mejoras tecnológicas pueden aumentar la eficiencia de extremo a extremo, y el aumento de la profundidad óptica y la explotación de la subestructura Zeeman de los átomos permitirán que esta memoria se acerque a la eficiencia unitaria.

 

Espectro del estado de carga de los iones de argón creados en la trampa (izquierda) y esquema de niveles de estructura fina con subestructura Zeeman del argón tipo boro (derecha).

En el futuro, las redes cuánticas podrían conducir a una comunicación incondicionalmente segura en áreas metropolitanas y a una computación en red capaz de resolver problemas complejos como la simulación de grandes sistemas físicos, químicos y biológicos.

Más información en: https://phys.org/news/2017-09-high-speed-quantum-memory-photons.html

[1] Simple Atomic Quantum Memory Suitable for Semiconductor Quantum Dot Single Photons https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.119.060502

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