Físicos de la Universidad de Saarland en Saarbrücken, Alemania, han logrado enredar un solo átomo con un solo fotón en el rango de longitud de onda de las telecomunicaciones. Esto constituye un bloque de construcción básico para la transmisión de información cuántica a larga distancia con bajas pérdidas. Los resultados han despertado el interés de la comunidad de tecnología cuántica y ahora se publican en Comunicaciones de la naturaleza .
La comunicación mediante estados cuánticos ofrece la máxima seguridad, porque los intentos de escucha a escondidas perturban la señal y, por lo tanto, no pasarían desapercibidos. Por la misma razón, aunque, La transmisión a larga distancia de esa información es difícil. En telecomunicaciones clásicas, la atenuación creciente de la señal se contrarresta midiendo, amplificarlo y reenviarlo en las llamadas estaciones repetidoras, pero esto resulta ser tan perjudicial para la información cuántica como un fisgón.
Por lo tanto, se debe utilizar un principio diferente:el repetidor cuántico. Aquí, el entrelazamiento cuántico se establece primero en distancias cortas y luego se propaga a separaciones más largas. El entrelazamiento cuántico entre dos partículas significa que su estado común está definido con precisión, aunque cuando se miden los estados individuales de las partículas, los resultados son aleatorios e impredecibles. Una posible realización es entrelazar un solo átomo con un fotón que emite. Esto es lo que sucede en los laboratorios del Prof. Jürgen Eschner, empleando átomos de calcio individuales en una trampa de iones que son controlados por pulsos de láser (www.uni-saarland.de/en/lehrstuhl/eschner.html). Para la longitud de onda de 854 nanómetros donde se crea el entrelazamiento átomo-fotón, sin embargo, no existen fibras ópticas de baja pérdida para la transmisión a larga distancia; en lugar de, uno quisiera transmitir los fotones en una de las llamadas bandas de telecomunicaciones (1300-1560 nanómetros). La tecnología para convertir los fotones en este régimen, el convertidor de frecuencia cuántico, ha sido desarrollado por el Prof. Christoph Becher y su grupo de investigación (www.uni-saarland.de/fak7/becher/index.htm).
Juntos, los dos grupos han demostrado ahora que después de la conversión de frecuencia cuántica, el fotón de telecomunicaciones todavía está enredado con el átomo que emitió el fotón original, y que se mantenga la alta calidad del entrelazado. Uno de los aspectos fascinantes del trabajo es que el estado cuántico entrelazado de las dos partículas microscópicas (un solo átomo y un solo fotón de telecomunicaciones) se extiende por varios pisos del edificio de física de la universidad. "Esto allana el camino para enredos de más de 20 kilómetros y más", comenta Matthias Bock, Doctor. estudiante de tecnologías cuánticas y primer autor del estudio. Los resultados son un paso importante hacia la integración de tecnologías cuánticas en las telecomunicaciones convencionales; por su investigación hacia este objetivo, los dos grupos de la Universidad de Saarland están financiados por el Ministerio de Educación e Investigación de Alemania, BMBF.
Explicación del entrelazamiento cuántico:
El estado de un bit cuántico individual (un átomo con dos estados de energía de su electrón, o un fotón con dos direcciones de polarización) puede visualizarse como un punto en la superficie de una esfera. La medición de ese estado proporciona un resultado impredecible en cualquier lugar de la superficie. El otro qubit que está enredado con el primero, sin embargo, siempre se encuentra en el punto opuesto de la esfera. Esta correlación también puede existir a grandes distancias. Einstein llamó a este fenómeno "acción espeluznante a distancia"; pertenece a las peculiaridades no intuitivas de la mecánica cuántica, pero se ha confirmado en muchos experimentos.
