Consiguen entrelazar dos memorias cuánticas a través de una conexión de fibra óptica de 33 km. de largo

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Investigadores han entrelazado dos memorias cuánticas a través de una conexión de fibra óptica de 33 kilómetros de largo: un récord y un paso importante hacia la Internet cuántica.

¿Una red en la que la transmisión de datos es perfectamente segura contra la piratería?

Si los físicos se salen con la suya, esto se hará realidad algún día con la ayuda del fenómeno mecánico cuántico conocido como entrelazamiento.

Para las partículas entrelazadas, la regla es: si mides el estado de una de las partículas, automáticamente conoces el estado de la otra.

No importa qué tan lejos estén las partículas entrelazadas entre sí.

Este es un estado de cosas ideal para transmitir información a largas distancias de una manera que hace que sea imposible escuchar a escondidas.

Un equipo dirigido por los físicos Prof. Harald Weinfurter de LMU y Prof. Christoph Becher de la Universidad de Saarland ahora ha acoplado dos memorias cuánticas atómicas a través de una conexión de fibra óptica de 33 kilómetros de largo.

Esta es la distancia más larga hasta ahora que alguien haya logrado entrelazar a través de una fibra de telecomunicaciones.

El entrelazamiento de la mecánica cuántica está mediado por fotones emitidos por las dos memorias cuánticas.

Un paso decisivo fue el cambio de los investigadores de la longitud de onda de las partículas de luz emitidas a un valor que se utiliza para las telecomunicaciones convencionales.

“Al hacer esto, pudimos reducir significativamente la pérdida de fotones y crear memorias cuánticas entrelazadas incluso a largas distancias de cable de fibra óptica“, dice Weinfurter.

En términos generales, las redes cuánticas consisten en nodos de memorias cuánticas individuales, como átomos, iones o defectos en redes cristalinas.

Estos nodos pueden recibir, almacenar y transmitir estados cuánticos.

La mediación entre los nodos se puede lograr utilizando partículas de luz que se intercambian por aire o de manera específica a través de una conexión de fibra óptica.

Para su experimento, los investigadores utilizan un sistema compuesto por dos átomos de rubidio atrapados ópticamente en dos laboratorios en el campus de LMU.

Las dos ubicaciones están conectadas a través de un cable de fibra óptica de 700 metros de largo, que pasa por debajo de la plaza Geschwister Scholl, frente al edificio principal de la universidad.

Al agregar fibras adicionales en las bobinas, se pueden lograr conexiones de hasta 33 kilómetros de longitud.

Un pulso de láser excita los átomos, después de lo cual vuelven a caer espontáneamente a su estado fundamental, emitiendo cada uno un fotón.

Debido a la conservación del momento angular, el espín del átomo se entrelaza con la polarización de su fotón emitido.

Estas partículas de luz se pueden usar para crear un acoplamiento mecánico cuántico de los dos átomos.

Para ello, los científicos las enviaron a través del cable de fibra óptica a una estación receptora, donde una medición conjunta de los fotones indica un entrelazamiento de las memorias cuánticas.

Sin embargo, la mayoría de las memorias cuánticas emiten luz con longitudes de onda en el rango visible o infrarrojo cercano.

“En la fibra óptica, estos fotones viajan solo unos pocos kilómetros antes de perderse”, explica Christoph Becher.

Por eso, el físico de Saarbrücken y su equipo optimizaron la longitud de onda de los fotones para su viaje por el cable.

Utilizando dos convertidores de frecuencia cuánticos, aumentaron la longitud de onda original de 780 nanómetros a una longitud de onda de 1517 nanómetros.

“Esto está cerca de la llamada longitud de onda de telecomunicaciones de alrededor de 1.550 nanómetros”, dice Becher.

La banda de telecomunicaciones es el rango de frecuencias en el que la transmisión de luz en fibra óptica tiene las pérdidas más bajas.

El equipo de Becher logró la conversión con una eficiencia sin precedentes del 57 por ciento.

Al mismo tiempo, lograron preservar en un alto grado la calidad de la información almacenada en los fotones, lo cual es una condición del acoplamiento cuántico.

“La importancia de nuestro experimento es que en realidad entrelazamos dos partículas estacionarias, es decir, átomos que funcionan como memorias cuánticas”, dice Tim van Leent, autor principal del artículo.

“Esto es mucho más difícil que entrelazar fotones, pero abre muchas más posibilidades de aplicación“.

Los investigadores creen que el sistema que desarrollaron podría usarse para construir redes cuánticas a gran escala y para la implementación de protocolos de comunicación cuánticos seguros.

“El experimento es un paso importante en el camino hacia la Internet cuántica basada en la infraestructura de fibra óptica existente”, dice Harald Weinfurter.

Fuente: LMU