• Home
  • Química
  • Astronomía
  • Energía
  • Naturaleza
  • Biología
  • Física
  • Electrónica
  •  science >> Ciencia >  >> Física
    Las nuevas técnicas mejoran la comunicación cuántica, enredar fonones

    La ex becaria postdoctoral Audrey Bienfait fue parte de un equipo que entrelazó dos fonones, las partículas cuánticas de sonido, por primera vez, abriendo la puerta a nuevas tecnologías potenciales. Crédito:Nancy Wong

    Comunicación cuántica:donde la información se envía a través de partículas, fotones típicamente entrelazados, tiene el potencial de convertirse en el canal de comunicación seguro definitivo. No solo es casi imposible escuchar a escondidas la comunicación cuántica, los que lo intenten también dejarán constancia de sus indiscreciones.

    Sin embargo, enviar información cuántica a través de fotones a través de canales tradicionales, como líneas de fibra óptica, es difícil:los fotones que llevan la información a menudo se corrompen o se pierden, haciendo que las señales sean débiles o incoherentes. A menudo, un mensaje debe enviarse varias veces para asegurarse de que se haya recibido.

    En un nuevo periódico Los científicos de la Escuela Pritzker de Ingeniería Molecular (PME) de la Universidad de Chicago han demostrado una nueva técnica de comunicación cuántica que evita estos canales por completo. Al vincular dos nodos de comunicación con un canal, muestran que esta nueva técnica puede enviar información de forma mecánica cuántica entre los nodos, sin ocupar nunca el canal de enlace.

    La investigación, dirigido por el profesor Andrew Cleland y publicado el 17 de junio en la revista Cartas de revisión física , aprovecha el espeluznante fenómeno cuántico del entrelazamiento entre los dos nodos y muestra una nueva dirección potencial para el futuro de la comunicación cuántica.

    La investigación se une a un segundo artículo publicado recientemente, donde el grupo de Cleland entrelazó dos fonones, las partículas cuánticas de sonido, por primera vez, abriendo la puerta a nuevas tecnologías potenciales.

    "Ambos artículos representan una nueva forma de abordar la tecnología cuántica, "dijo Cleland, el profesor John A. MacLean Sr. de Ingeniería Molecular en Pritzker Molecular Engineering y un científico senior en el Laboratorio Nacional Argonne. "Estamos entusiasmados con lo que estos resultados podrían significar para el futuro de la comunicación cuántica y los sistemas cuánticos de estado sólido".

    Comunicación cuántica fantasmal

    Los fotones y fonones entrelazados desafían la intuición:estas partículas pueden estar entrelazadas mecánicamente cuántica, un enredo que puede sobrevivir a grandes distancias. Un cambio en una partícula provoca entonces, de manera espeluznante, un cambio en la otra. La comunicación cuántica aprovecha este fenómeno al codificar información en las partículas.

    Cleland quería encontrar un método para enviar información cuántica sin perderla en la transmisión. Él y su equipo, incluido el estudiante graduado de PME Hung-Shen Chang, desarrolló un sistema que entrelazaba dos nodos de comunicación usando fotones de microondas, los mismos fotones que se usan en su teléfono celular, a través de un cable de microondas. Para este experimento, utilizaron un cable de microondas de aproximadamente un metro de largo. Al encender y apagar el sistema de manera controlada, pudieron entrelazar cuánticamente los dos nodos y enviar información entre ellos, sin tener que enviar fotones a través del cable.

    "Transferimos información a través de un cable de un metro sin enviar fotones para hacer esto, un logro bastante espeluznante e inusual, "Dijo Cleland." En principio, esto también funcionaría a una distancia mucho más larga. Sería mucho más rápido y eficiente que los sistemas que envían fotones a través de canales de fibra óptica ".

    Aunque el sistema tiene limitaciones, debe mantenerse muy frío, a temperaturas de unos pocos grados por encima del cero absoluto, podría funcionar potencialmente a temperatura ambiente con átomos en lugar de fotones. Pero el sistema de Cleland proporciona más control, y él y su equipo están llevando a cabo experimentos que entrelazarían varios fotones en un estado más complicado.

    Enredar fonones con la misma técnica

    Las partículas enredadas no se limitan solo a fotones o átomos, sin embargo. En un segundo artículo publicado el 12 de junio en la revista Revisión física X , Cleland y su equipo entrelazaron dos fonones, la partícula cuántica de sonido, por primera vez.

    Usando un sistema construido para comunicarse con teléfonos, similar al sistema de comunicación cuántica de fotones, el equipo, incluida la ex becaria postdoctoral Audrey Bienfait, entrelazados dos fonones de microondas (que tienen un tono aproximadamente un millón de veces más alto que el que se puede escuchar con el oído humano).

    Una vez que los fonones se enredaron, el equipo utilizó uno de los fonones como "heraldo, "que se usó para afectar la forma en que su sistema cuántico usaba el otro fonón. El heraldo permitió al equipo realizar un experimento llamado" borrador cuántico ", en el que se borra información de una medición, incluso después de que se haya completado la medición.

    Aunque los fonones tienen muchas desventajas sobre los fotones, por ejemplo, tienden a tener una vida más corta:interactúan fuertemente con varios sistemas cuánticos de estado sólido que pueden no interactuar fuertemente con los fotones. Los fonones podrían proporcionar una mejor manera de acoplarse a estos sistemas

    "Abre una nueva ventana sobre lo que puede hacer con los sistemas cuánticos, tal vez similar a la forma en que los detectores de ondas gravitacionales, que también utilizan movimiento mecánico, han abierto un nuevo telescopio sobre el universo, "Dijo Cleland.


    © Ciencia https://es.scienceaq.com