Computadoras cuánticas, que utilizan partículas de luz (fotones) en lugar de electrones para transmitir y procesar datos, encierran la promesa de una nueva era de investigación en la que se acortará significativamente el tiempo necesario para realizar nuevas tecnologías y medicamentos que salvan vidas. Los fotones son candidatos prometedores para la computación cuántica porque pueden propagarse a largas distancias sin perder información. pero cuando se almacenan en la materia se vuelven frágiles y susceptibles a la decoherencia. Ahora, los investigadores de la Iniciativa Fotónica en el Centro de Investigación Científica Avanzada (ASRC) en el Centro de Graduados, CUNY ha desarrollado un nuevo protocolo para almacenar y liberar un solo fotón en un estado propio incrustado, un estado cuántico que prácticamente no se ve afectado por la pérdida y la decoherencia. El protocolo novedoso, detallado en el número actual de Optica , tiene como objetivo promover el desarrollo de las computadoras cuánticas.

"El objetivo es almacenar y liberar fotones individuales bajo demanda garantizando simultáneamente la estabilidad de los datos, "dijo Andrea Alù, director fundador de la Iniciativa Fotónica de ASRC y profesor de Física Einstein en The Graduate Center. "Nuestro trabajo demuestra que es posible confinar y preservar un solo fotón en una cavidad abierta y mantenerlo allí hasta que otro fotón lo solicite para continuar propagándose".

El equipo de investigación utilizó técnicas de electrodinámica cuántica para desarrollar su teoría. Investigan un sistema compuesto por un átomo y una cavidad, la última de las cuales está parcialmente abierta y, por lo tanto, normalmente permitiría que la luz atrapada en el sistema se escape y se pierda rápidamente. El equipo de investigación mostró, sin embargo, que, en determinadas condiciones, los fenómenos de interferencia destructiva pueden evitar las fugas y permitir que un solo fotón se aloje en el sistema de forma indefinida. Este estado propio integrado podría ser muy útil para almacenar información sin degradación, pero la naturaleza cerrada de este estado protegido también crea una barrera a los estímulos exteriores, de modo que tampoco se pueden inyectar fotones individuales en el sistema. El equipo de investigación pudo superar esta limitación excitando el sistema al mismo tiempo con dos o más fotones.

"Propusimos un sistema que actúa como una caja cerrada cuando es excitado por un solo fotón, pero se abre de manera muy eficiente cuando lo golpeamos con dos o más fotones, "dijo Michele Cotrufo, primer autor del artículo y becario postdoctoral de la Iniciativa Fotónica de ASRC. "Nuestra teoría muestra que se pueden inyectar de manera eficiente dos fotones en el sistema cerrado. Después de eso, un fotón se perderá y el otro quedará atrapado cuando el sistema se cierre. El fotón almacenado tiene el potencial de conservarse en el sistema de forma indefinida ".

En sistemas realistas, imperfecciones adicionales evitarían el confinamiento perfecto de fotones, pero los cálculos del equipo de investigación mostraron que su protocolo supera a las soluciones anteriores basadas en una sola cavidad.

Los autores también demostraron que el fotón excitado almacenado se puede liberar posteriormente a pedido enviando un segundo pulso de fotones.

El hallazgo del equipo tiene el potencial de resolver desafíos críticos para la computación cuántica, incluida la generación bajo demanda de estados fotónicos entrelazados y memorias cuánticas. El grupo ahora está explorando vías para verificar experimentalmente su trabajo teórico.