Para crear grandes redes cuánticas, Los investigadores primero deberán desarrollar repetidores cuánticos eficientes. Un componente clave de estos repetidores son las memorias cuánticas, que son los equivalentes de la mecánica cuántica de las memorias de computadora más convencionales, como memorias de acceso aleatorio (RAM).

Idealmente, una memoria cuántica debería poder retener información durante períodos de tiempo sustanciales, almacenar estados cuánticos verdaderos, leer datos de manera eficiente y operar en longitudes de onda de telecomunicaciones de baja pérdida. Si bien los equipos de investigación han logrado grandes avances en el desarrollo de memorias cuánticas, ninguna solución propuesta hasta ahora ha podido cumplir todos estos requisitos simultáneamente.

Teniendo esto en cuenta, investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) se propusieron desarrollar una nueva memoria cuántica mecánica con tiempos de almacenamiento suficientemente largos, una alta eficiencia de lectura, y la capacidad de operar en longitudes de onda de telecomunicaciones. El recuerdo que idearon presentado en un artículo publicado en Física de la naturaleza , En última instancia, podría permitir la implementación práctica de sistemas mecánicos con efectos cuánticos desarrollados en sus trabajos anteriores.

"Hemos estado trabajando para mostrar los efectos cuánticos de los sistemas mecánicos durante bastantes años, y han tenido bastante éxito en la realización de varios estados cuánticos, así que realmente los hemos estado empujando hacia una dirección de procesamiento de información cuántica, "Simon Gröblacher, profesor en TU Delft, cuyo grupo de investigación realizó el estudio, dijo Phys.org. "Para utilizar algunos de estos dispositivos para el procesamiento de información cuántica, sin embargo, un puño tiene que demostrar que se pueden usar para construir un repetidor cuántico y el componente principal de un repetidor cuántico es una memoria cuántica ".

Cuando empezaron a trabajar en su memoria cuántica, Gröblacher y sus colegas sabían que los resonadores mecánicos detrás de algunos de sus dispositivos podían soportar una vida útil muy larga. Por lo tanto, querían probarlos para ver qué tiempos de almacenamiento podían soportar, mientras también investiga su coherencia (es decir, qué tan rápido se desfasarían).

"Diseñamos un sistema que tiene una vida útil de unos pocos milisegundos, basado en nuestro trabajo anterior, luego lo probé y descubrió que su tiempo de almacenamiento era de alrededor de dos milisegundos. "Gröblacher dijo." Como segundo paso, tuvimos que verificar que los estados cuánticos y su información de fase se conservaran durante este tiempo. Para hacer esto, Creamos una superposición del sistema mecánico y observamos cómo evolucionaría la fase en la superposición con el tiempo ".

Cuando los investigadores evaluaron por primera vez su memoria cuántica, encontraron que su estado de superposición decaía más rápido que el tiempo de vida total. Esto estuvo lejos de ser un resultado sorprendente, ya que se encontró que muchos sistemas desarrollados previamente presentaban el mismo patrón de desintegración. Gröblacher y sus colegas se propusieron explorar más este hallazgo para comprender mejor los mecanismos detrás de este breve tiempo de decoherencia.

"El objetivo general de nuestro estudio fue mostrar que la mecánica de hecho se puede utilizar como una memoria cuántica y lo logramos, "Gröblacher dijo." Sorprendentemente, es la primera vez que alguien muestra esto ".

La memoria cuántica ideada por Gröblacher y sus colegas tiene varias características ventajosas. Uno de los principales es que se puede diseñar completamente, lo que significa que las longitudes de onda ópticas a las que opera son seleccionables, ya que las resonancias ópticas y mecánicas del sistema son completamente artificiales. Los investigadores los diseñaron usando una computadora y luego fabricaron el dispositivo en consecuencia.

"Muchos sistemas cuánticos suelen utilizar resonancia natural, como una resonancia atómica o de tierras raras, que los unía a ciertas longitudes de onda, "Gröblacher dijo." El nuestro, por otra parte, está completamente diseñado, para que podamos elegir dónde trabajarlo. En nuestro estudio, elegimos 1550 nanómetros, ya que queríamos que nuestro sistema funcionara en la longitud de onda de la banda de telecomunicaciones de baja pérdida ".

Si bien muchas memorias cuánticas desarrolladas previamente lograron resultados prometedores, muy pocos de ellos pudieron operar en longitudes de onda de telecomunicaciones (alrededor de 1550 nanómetros), que son esencialmente las longitudes de onda a las que se llevan a cabo todas las telecomunicaciones a largas distancias. Es más, las memorias que podían operar en estas longitudes de onda eran muy complejas o tenían una vida útil extremadamente corta.

"Pudimos demostrar que nuestra memoria tiene una vida satisfactoria y la coherencia de la memoria, mientras se crea con éxito el estado de superposición, ", Dijo Gröblacher." Otros sistemas existentes con estados de superposición de la mecánica eran muy diferentes y fuimos los primeros en cumplir con los requisitos clave de memoria cuántica con un sistema opto-mecánico ".

La memoria cuántica creada por Gröblacher y sus colegas sigue siendo una prueba de concepto, pero su desempeño es muy prometedor. En sus estudios futuros, a los investigadores les gustaría comprender mejor por qué la eliminación de fase de un estado cuántico ocurre más rápido que su vida útil para mitigar este efecto.

"Nos gustaría descubrir cómo evitar tener una coherencia tan corta, quizás a través de un diseño diferente que podría ayudarnos a comprender los mecanismos microscópicos subyacentes, "Gröblacher dijo." Además, planeamos aumentar la eficiencia general de nuestra memoria (es decir, qué tan eficientemente puede escribir y leer un estado) ".

Durante los próximos dos años, Gröblacher y sus colegas esperan poder mejorar aún más el rendimiento de su memoria cuántica para facilitar su implementación práctica. Es más, el esquema óptico que propusieron podría inspirar el desarrollo de otros componentes de la memoria cuántica. El objetivo final de los investigadores es utilizar la memoria cuántica que crearon para habilitar grandes redes cuánticas.

"La principal aplicación de nuestra memoria sería como parte de una red cuántica o repetidor cuántico, "Gröblacher dijo." Su mecánica podría actuar como un elemento de memoria que permite conexiones con otros sistemas cuánticos, como qubits superconductores, que son muy buenos para llevar a cabo el procesamiento de computación cuántica. Creemos que sería muy interesante utilizar nuestro sistema como un sistema cuántico híbrido en una red de este tipo ".

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