La comunicación cuántica y la criptografía son el futuro de las comunicaciones de alta seguridad. Pero quedan muchos desafíos por delante antes de que se pueda establecer una red cuántica mundial, incluida la propagación de la señal cuántica a largas distancias. Uno de los mayores desafíos es crear memorias con la capacidad de almacenar información cuántica transportada por la luz. Investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, en asociación con CNRS, Francia, he descubierto un nuevo material en el que un elemento, iterbio, puede almacenar y proteger la frágil información cuántica incluso mientras opera a altas frecuencias. Esto hace que el iterbio sea un candidato ideal para futuras redes cuánticas, donde el objetivo es propagar la señal a grandes distancias actuando como repetidores. Estos resultados se publican en la revista Materiales de la naturaleza .

La criptografía cuántica hoy utiliza fibra óptica a lo largo de varios cientos de kilómetros y está marcada por su alto grado de seguridad:es imposible copiar o interceptar información sin hacerla desaparecer.

Sin embargo, el hecho de que sea imposible copiar la señal también impide que los científicos la amplifiquen para difundirla a grandes distancias, como es el caso de la red Wi-Fi.

Encontrar el material adecuado para producir memorias cuánticas

Dado que la señal no se puede copiar ni amplificar sin que desaparezca, Los científicos están trabajando actualmente en cómo hacer que las memorias cuánticas sean capaces de repetirlas capturando los fotones y sincronizándolos para que puedan difundirse cada vez más. Todo lo que queda es encontrar el material adecuado para hacer estas memorias cuánticas. "La dificultad es encontrar un material capaz de aislar la información cuántica transmitida por los fotones de las perturbaciones ambientales para que podamos retenerlos durante un segundo más o menos y sincronizarlos". "explica Mikael Afzelius, investigador del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. "Pero un fotón viaja alrededor de 300, ¡000 km en un segundo! ". Esto significó que los físicos y los químicos tuvieron que desenterrar un material que está muy bien aislado de las perturbaciones pero que aún es capaz de operar a altas frecuencias para que el fotón pueda almacenarse y restaurarse rápidamente, dos características que a menudo son considerado incompatible.

Un "punto de inflexión" para el "santo grial" de las tierras raras

Aunque ya existen prototipos de memoria cuántica probados en laboratorio, incluidos los basados ​​en tierras raras como el europio o el praseodimio, su velocidad aún no es lo suficientemente alta. "Entonces, dirigimos nuestro interés a una tierra rara de la tabla periódica que había recibido poca atención hasta ahora:iterbio, "explica Nicolas Gisin, profesor del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y fundador de ID Quantique. "Nuestro objetivo era encontrar el material ideal para hacer repetidores cuánticos, que implica aislar átomos de su entorno, que tiende a perturbar la señal, "añade el profesor Gisin. ¡Y este parece ser el caso del iterbio!

Los físicos de UNIGE y CNRS descubrieron que, sometiendo esta tierra rara a campos magnéticos muy precisos, el átomo de tierras raras entra en un estado de insensibilidad que lo separa de las perturbaciones en su entorno, lo que permite atrapar el fotón para que pueda sincronizarse. "Encontramos un 'punto mágico' al variar la amplitud y la dirección del campo magnético, "diga Alexey Tiranov, investigador del Departamento de Física Aplicada de UNIGE, y Philippe Goldner, investigador del instituto de investigación Chimie Paris. "Cuando se alcanza este punto, los tiempos de coherencia de los átomos de iterbio se incrementan en un factor de 1, 000, mientras trabaja en altas frecuencias! "

Los beneficios del iterbio

Los físicos están ahora en el proceso de construir memorias cuánticas basadas en iterbio que se pueden usar para realizar rápidamente transiciones de un repetidor a otro mientras retienen el fotón durante el mayor tiempo posible para permitir la sincronización necesaria. "Este material abre un nuevo campo de posibilidades para la creación de una red cuántica global; también subraya la importancia de realizar una investigación fundamental en paralelo con una investigación más aplicada, como diseñar una memoria cuántica, "concluye Afzelius.