Físicos en LMU, junto con colegas de la Universidad de Saarland, han demostrado con éxito el transporte de un estado entrelazado entre un átomo y un fotón a través de una fibra óptica a una distancia de hasta 20 km, estableciendo así un nuevo récord.

El entrelazamiento describe un tipo muy particular de estado cuántico que no se atribuye a una sola partícula solo, pero que se comparte entre dos partículas diferentes. Vincula irrevocablemente sus destinos posteriores, sin importar cuán separados estén, lo que llevó a Albert Einstein a llamar al fenómeno como "acción espeluznante a distancia". El entrelazamiento se ha convertido en una piedra angular de las nuevas tecnologías basadas en efectos a nivel cuántico y es la distribución a largas distancias un objetivo central en la comunicación cuántica. Ahora, los investigadores de LMU dirigidos por el físico Harald Weinfurter, en colaboración con un equipo de la Universidad del Sarre en Saarbrücken, han demostrado que el estado entrelazado de un átomo y un fotón se puede transmitir a través de una fibra óptica (como las que se utilizan en las redes de telecomunicaciones) a una distancia de hasta 20 km. El récord anterior fue de 700 metros. "El experimento representa un hito, en la medida en que la distancia recorrida confirma que la información cuántica se puede distribuir a gran escala con pocas pérdidas, ", dice Weinfurter." Nuestro trabajo, por lo tanto, constituye un paso crucial hacia la realización futura de las redes cuánticas ".

Las redes cuánticas consisten esencialmente en memorias cuánticas (compuestas por uno o más átomos, por ejemplo) que actúan como nodos, y canales de comunicación en los que los fotones (cuantos de luz) pueden propagarse para unir los nodos. En su experimento, los investigadores enredaron un átomo de rubidio con un fotón, y fueron capaces de detectar el estado entrelazado, que ahora comparte las propiedades cuánticas de ambas partículas, después de su paso a través de una bobina de fibra óptica de 20 km.

El mayor problema al que se enfrentaron los experimentadores comenzó con las propiedades del átomo de rubidio. Después de la excitación dirigida, estos átomos emiten fotones con una longitud de onda de 780 nanómetros, en la región del infrarrojo cercano del espectro. "En una fibra óptica de vidrio, la luz a esta longitud de onda se absorbe rápidamente, "Weinfurter explica. Las redes de telecomunicaciones convencionales, por lo tanto, utilizan longitudes de onda de alrededor de 1550 nanómetros, lo que reduce notablemente las pérdidas en tránsito.

Obviamente, esta longitud de onda también mejoraría las posibilidades de éxito de los experimentadores. Así que Matthias Bock, miembro del grupo en Saarbrücken, construyó lo que se llama un convertidor cuántico de frecuencia que fue diseñado específicamente para aumentar la longitud de onda de los fotones emitidos de 780 a 1520 nanómetros. Esta tarea en sí misma planteó una serie de desafíos técnicos extremadamente exigentes. Porque era imperativo asegurar que ocurra la conversión de un solo fotón a solo otro fotón y que ninguna de las otras propiedades del estado entrelazado, especialmente la polarización del fotón, fueron alterados durante el proceso de conversión. De lo contrario, el estado entrelazado se perdería. "Gracias al uso de este convertidor de alta eficiencia, pudimos mantener el estado entrelazado en un rango mucho más largo en longitudes de onda de telecomunicaciones, y por lo tanto para transportar la información cuántica que transporta a largas distancias, "dice Weinfurter.

En el siguiente paso, los investigadores planean convertir en frecuencia la luz emitida por un segundo átomo, lo que debería permitirles generar entrelazamientos entre los dos átomos a través de largas fibras de telecomunicaciones. Las propiedades de los cables de fibra de vidrio varían en función de factores como la temperatura y la tensión a la que están expuestos. Por esta razón, el equipo tiene la intención de realizar primero este experimento en condiciones controladas en el laboratorio. En caso de éxito, También se llevarán a cabo experimentos de campo añadiendo nuevos nodos a una red en crecimiento. Después de todo, Incluso los viajes largos pueden realizarse con éxito por completo dando un paso a la vez.