Los investigadores del Laboratoire Kastler Brossel (LKB) en París han roto una barrera clave en el rendimiento de la memoria cuántica. Su trabajo ha permitido el primer almacenamiento y recuperación seguros de bits cuánticos.

Los físicos de LKB han más que duplicado la eficiencia del almacenamiento óptico de qubits (del 30 por ciento a cerca del 70 por ciento) haciendo posible el almacenamiento y la recuperación seguros. La memoria cuántica es esencial para las futuras redes cuánticas. La capacidad de sincronizar bits cuánticos tiene aplicaciones en protocolos de comunicación cuántica de larga distancia o algoritmos informáticos. Con una eficiencia muy superior al 50 por ciento, El almacenamiento cuántico ahora habilita la seguridad del protocolo.

"La eficiencia lograda puede impulsar la escalabilidad de la red cuántica y también allana el camino para tareas avanzadas donde la eficiencia juega un papel fundamental, como en protocolos de certificación o dinero cuántico infalsificable, "dice el Dr. Kun Huang, becario postdoctoral y autor principal del estudio. "Este dispositivo ahora puede estar en el corazón de muchas investigaciones desafiantes para las redes cuánticas".

En los años recientes, La memoria cuántica se ha implementado en una variedad de materiales, como los iones, cristales y átomos fríos, que permiten el control de la interacción entre el soporte de información, generalmente un fotón, y un medio físico de almacenamiento. Sin embargo, ninguna memoria ha podido almacenar y recuperar un qubit con una tasa de éxito superior al 30 por ciento hasta ahora.

En la edición en línea del 25 de enero de Comunicaciones de la naturaleza , Prof. Julien Laurat y su equipo en LKB, parte de la Universidad de la Sorbona y el CNRS, informó que han almacenado qubits ópticos con una eficiencia récord del 70 por ciento, conservando una fidelidad al qubit de entrada superior al 99 por ciento.

"Seleccionamos una serie de elementos clave y pudimos por primera vez combinarlos en una sola configuración. Este trabajo fue clave para lograr la mayor eficiencia hasta la fecha para el almacenamiento y lectura de un qubit óptico, "dice Pierre Vernaz-Gris, un ex estudiante de doctorado que realizó el experimento y uno de los dos autores principales del artículo.

El experimento implica la conversión de un qubit fotónico en una excitación atómica de átomos de cesio enfriados por láser. Con el protocolo de transparencia inducida electromagnéticamente, un rayo láser de control hace que el medio sea transparente y ralentiza la luz de señal que incide que transporta la información. Cuando la señal está contenida dentro del conjunto y el haz de control está apagado, la información se convierte en una excitación colectiva de los átomos, que se almacena hasta que los haces de control se encienden de nuevo.

Esta tecnica, masterizado en LKB, ya se ha utilizado para experimentos de memoria cuántica en los años anteriores, pero la eficiencia del proceso depende en gran medida del número de átomos involucrados en la interacción. Por lo tanto, el equipo de Laurat preparó una nube muy alargada de átomos ultrafríos (casi tres centímetros de largo), lo que permitió un almacenamiento eficiente. El gran avance se produjo cuando el equipo de investigación pudo realizar una multiplexación espacial de la nube de átomos comprimidos. El LKB logra obtener un almacenamiento eficiente y multiplexación espacial al mismo tiempo, además de una alta relación señal / ruido.

Esta demostración sigue a otros trabajos que ha realizado el grupo de Laurat en los últimos años, incluyendo la realización de una memoria cuántica de múltiples grados de libertad o la demostración inicial de luz detenida en una fibra óptica.