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Récord: entrelazamiento de memorias cuánticas

Luis.avila.epr - Trabajo propio, CC BY-SA 4.0
Luis.avila.epr - Trabajo propio, CC BY-SA 4.0

[Agencia SINC - María G. Dionis] Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China han demostrado que se pueden entrelazar dos memorias cuánticas separadas 50 kilómetros mediante una fibra óptica, batiendo el récord anterior de 1,3 kilómetros. El avance supone un nuevo paso hacia la futura red de internet cuántica.

La comunicación cuántica se basa en el extraño fenómeno del entrelazamiento, que permite 'conectar' de forma cuántica dos partículas aunque estén muy alejadas. No importa la distancia a la que se encuentren, cualquier variación en una de ellas afectará a la otra de forma inmediata.

En las últimas dos décadas se ha producido un progreso notable en los entrelazamientos remotos, transmitiendo fotones entrelazados de un nodo a otro a través de fibras ópticas o satélites.

En 2017, científicos chinos lograron transmitirlos desde un satélite a estaciones terrestres separadas más de 1.200 kilómetros, pero se trataba de partículas individuales, que no portan gran cantidad de información ni permiten almacenarla. Para ello se necesitan memorias cuánticas, formadas por millones de átomos, que hasta la fecha solo se habían podido entrelazar con una fibra de poco más de un kilómetro. El entrelazamiento a grandes distancias es fácil que se pierda y, en consecuencia, la transmisión.

Se ha conseguido entrelazar memorias cuánticas a 50 kilómetros de distancia, muy lejos del récord anterior de 1,3 km

Pero ahora, otro grupo de investigación de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China, ha conseguido entrelazar memorias cuánticas a 50 kilómetros de distancia, muy lejos del récord anterior de 1,3 kilómetros. El estudio se publica esta semana en la revista Nature.

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Mecánica cuántica
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Superposición cuántica
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Teoría cuántica de campos
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“La importancia de este trabajo es que hemos extendido la distancia de entrelazamiento de memorias a escalas de una ciudad, lo que nos permitirá construir redes de memorias cuánticas en un futuro cercano”, explica uno de los autores, Xiao-Hui Bao.

Nubes de cien millones de átomos: Las memorias están constituidas por nubes de cien millones de átomos de rubidio enfriados con láser. Para lograr su conexión, primero cada una de ellas fue entrelazada con un fotón mediante un efecto cuántico llamado 'mejora de la cavidad', que reduce la perdida de acoplamiento de los fotones durante la transmisión.

Esquema del entrelazamiento de dos memorias cuánticas
Esquema del entrelazamiento de dos memorias cuánticas (nodos A y B, con átomos de rubidio dentro de una ‘cavidad’) unidas por fibras a una estación intermedia de medición de fotones. / Xiao-Hui Bao, Jian-Wei Pan et al. /Nature

“La mejora de la cavidad es una técnica para aumentar la interacción entre el fotón y la memoria cuántica, lo que nos permite extraer fotones individuales y detectar estados atómicos de forma eficiente”, afirma Bao.

Después, los fotones viajan por la fibra y, cuando se registran con la denominada medición de Bell, las memorias quedan entrelazadas.

De esta forma los investigadores entrelazaron las dos memorias cuánticas que, aunque físicamente estaban a poco más de medio metro de distancia en el laboratorio, los fotones sí viajaron por un cable de fibra óptica de 50 kilómetros enrollado. También repitieron con éxito el experimento a través de un cable similar bajo tierra en una ciudad, pero esta vez de 22 kilómetros.

El objetivo final del estudio es crear un repetidor cuántico que pueda recibir y transmitir información a grandes distancias

El entrelazamiento entre los átomos y los fotones lo convirtieron a una frecuencia adecuada para las telecomunicaciones. El objetivo final es crear un repetidor cuántico que pueda recibir y transmitir información a grandes distancias, algo esencial para el futuro internet cuántico.

“Este internet cuántico con procesadores remotos conectados permitirá muchas aplicaciones, como la computación cuántica distribuida (en red), pero conseguirlo depende del entrelazamiento de memorias cuánticas alejadas”, apuntan los autores.

Según los investigadores, estos resultados demuestran que, en comparación con lo que aportan los fotones de forma individual, el entrelazamiento átomo-fotón sobre una serie de nodos puede ser más adecuado para la transmisión a larga distancia del entrelazamiento cuántico, que en un futuro próximo podríamos tener en nuestras ciudades.

Referencia bibliográfica:
Jian-Wei Pan et al. “Entanglement of two quantum memories via fibres over dozens of kilometres”. Nature, 12 de febrero de 2020.
https://www.nature.com/articles/s41586-020-1976-7

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