La eficiencia récord en el almacenamiento y la recuperación del entrelazamiento cuántico allana el camino para conectar nodos cuánticos de Internet.
por Jeremy Hsu
Una matriz de átomos de cesio de solo 2,5 centímetros de largo ha demostrado un nivel récord de eficiencia de almacenamiento y recuperación para la memoria cuántica. Es un paso fundamental en el camino para eventualmente construir redes de comunicación cuántica a gran escala que abarquen continentes enteros.
Una Internet cuántica podría conectar nodos de comunicación remotos a través del entrelazamiento, un fenómeno que permite que las partículas conectadas mecánicamente cuánticas experimenten cambios relacionados con sus respectivos estados de energía, independientemente de la distancia entre ellos. Pero el tiempo que tardan estos sistemas en distribuir su entrelazamiento depende, naturalmente, de su eficiencia para almacenar y recuperar el entrelazamiento.
“Aprendimos en este trabajo [cómo] lograr este punto de referencia de 85-90 por ciento [eficiencia]”, dice Julien Laurat , profesor y líder del equipo de redes cuánticas en el Laboratorio Kastler Brossel de la Universidad de la Sorbona en Francia. “Este es el mejor en cualquier plataforma física”.
El trabajo anterior solo logró como máximo un 25 por ciento de eficiencia, como Laurat y sus colegas describen en un artículo publicado en una edición reciente de la revista Optica . Su demostración es parte de un esfuerzo más amplio de Quantum Internet Alliance, una coalición de grupos de investigación universitarios de ocho países europeos, para desarrollar tecnologías para una red europea que apoye la comunicación cuántica y la computación cuántica distribuida.
Aumentar la eficiencia de almacenamiento y recuperación del 25 al 90 por ciento marca una gran diferencia en la velocidad y el tamaño de la red cuántica que estos dispositivos de memoria podrían admitir. Por ejemplo, señalan Laurat y sus colegas, aumentar la eficiencia del 60 al 90 por ciento aceleraría las velocidades de la memoria cuántica en dos órdenes de magnitud en una distancia de 600 km.
Dicho esto, queda mucho trabajo antes de que las redes cuánticas puedan llegar a tener cientos de kilómetros de diámetro.
El experimento involucró dos dispositivos de memoria cuántica basados en conjuntos de átomos de cesio enfriados por láser. Los investigadores demostraron cómo los átomos de cesio pueden almacenar y recuperar el entrelazamiento de un solo fotón de los haces de luz entrelazados. E fotones ntangled podrían conectar los diversos nodos cuánticos en un futuro Internet cuántica.
“En las futuras redes cuánticas a gran escala, será necesario generar múltiples enlaces entrelazados al mismo tiempo para poder conectarlos más tarde en un enlace de larga distancia de extremo a extremo”, dice Filip Rozpedek , un postdoctoral investigador asociado de comunicación cuántica en la Universidad de Chicago, que no participó en el estudio. “El almacenamiento en memorias cuánticas es necesario para poder mantener un enlace dado mientras se espera la generación exitosa de los demás”.
Este protocolo de “repetidor cuántico” de conectar segmentos más pequeños en una red cuántica más grande no sería práctico sin una eficiencia de almacenamiento y recuperación confiable. Y, dice Rozpedek, esa eficiencia “abre la posibilidad de investigar experimentalmente tales repetidores cuánticos prácticos”.
El siguiente gran paso, explica Rozpedek, implicaría demostrar una alta eficiencia de transferencia entre dispositivos de memoria cuántica separados por una distancia mayor y con mayor tiempo de almacenamiento. El éxito futuro en la construcción de una Internet cuántica probablemente también requeriría el uso de una técnica de “multiplexación” que permita intentos paralelos para establecer enlaces entrelazados entre los nodos cuánticos.
Laurat y su equipo ya tienen la vista puesta en abordar algunos de esos próximos hitos. Si todo va bien, imaginan que una red cuántica paneuropea será posible en los próximos cinco a diez años. “ Los próximos años deberían ver demostraciones en unas pocas decenas de kilómetros”, dice Laurat.
