Hacia una internet cuántica

Se realiza la primera detección del spin de un átomo utilizando un método óptico y eléctrico.

Láser direccionado hacia un sólo átomo de erbio en un chip de silicio. (Crédito: University of New South Wales)

Un equipo australiano, encabezado por científicos de la Universidad de New South Wales (UNSW), es el primero en el mundo en detectar el spin, o estado cuántico, de un átomo singular, utilizando para ello un método combinado óptico y eléctrico.

Esto representa un gran avance en ciencia cuántica que acerca la posibilidad de una red ultra poderosa de computadoras cuánticas –conectadas vía internet cuántica– dicen los investigadores.

El estudio se realiza con la participación del Centro de Excelencia para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación, ubicado en la UNSW, la Universidad Nacional Australiana y la Universidad de Melbourne.

Sven Rogge, profesor de UNSW, dijo que el avance técnico se logró con un átomo aislado de erbio –un elemento terrestre raro comúnmente usado en comunicación –insertado en el silicio.

“Tenemos lo mejor de ambos mundos en nuestra combinación de un sistema eléctrico y otro óptico. Es una técnica revolucionaria, y la gente tenía dudas sobre su factibilidad. Es el primer paso hacia una internet global cuántica”, dijo Rogge.

Para crear el nuevo dispositivo cuántico, Jeffrey McCallum, profesor de la Universidad de Melbourne, usó un implantador de iones para disparar átomos de erbio dentro de un transistor industrial estándar de silicio.

Cuando el átomo estaba en un estado cuántico particular y la luz del láser brillaba sobre él, un electrón salía disparado del átomo. Esto fue detectado eléctricamente por el transistor de silicio que se habilitaba.

El Dr. Chunming Yin, de UNSW y autor principal del estudio, dijo que este nuevo método abre la posibilidad de usar luz para acoplar átomos, o qubits, para formar una computadora cuántica.

“La alta resolución espectral de la frecuencia óptica supera la limitación termal del esquema de lectura eléctrico previo, y el paso de detección de carga evita las dificultades de la acumulación eficiente de fotones”, dijo.

“Este método podría llevarnos a arquitecturas nuevas en dispositivos para el procesamiento cuántico de información y podría incrementar de manera drástica el rango de centros de defecto que pueden explotarse. Aún más, la detección eléctrica eficiente de la excitación óptica en lugares individuales del silicio representa un paso significativo hacia el desarrollo de interconexiones entre la computación cuántica basada en la óptica y las tecnologías de silicio”.

“El uso de la luz para transferir información en estado cuántico es mucho más fácil que hacerlo eléctricamente. Esto nos llevará a comunicaciones cuánticas en grandes distancias”, dijo Yin.

“La internet cuántica permitirá que las computadoras cuánticas individuales puedan integrarse y habilitará las comunicaciones encriptadas”.

Los sistemas de comunicación cuántica serán críticos para proporcionar comunicaciones seguras para el gobierno, defensa militar, finanzas e industrias de salud, pero tomará al menos una década más para desarrollar su potencial, indicaron los investigadores.

“No podemos dar una fecha para eso, es muy temprano aún”, dijo Rogge.

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