Formas tradicionales de producir enredos, necesario para el desarrollo de cualquier 'Internet cuántica' que vincule las computadoras cuánticas, no son muy adecuadas para las redes de telecomunicaciones de fibra óptica utilizadas por la Internet no cuántica actual. Sin embargo, Los investigadores han ideado una nueva forma de producir tales partículas que es mucho más compatible.

En la red de telecomunicaciones actual, conectado por cable de fibra óptica, los fotones que se transmiten tienden a ser absorbidos en unos pocos kilómetros por el material del que está hecho el cable. Para evitar el deterioro de la señal, se establecen repetidores a intervalos regulares para amplificarlo.

Problemas similares obstaculizarán los esfuerzos hacia las comunicaciones cuánticas y, en última instancia, hacia una Internet cuántica. Tomoyuki Horikiri y sus colegas de la Universidad Nacional de Yokohama están abordando este problema desarrollando una nueva fuente de fotones entrelazados.

Sus hallazgos fueron publicados el 12 de agosto en Física de las comunicaciones .

Un par de partículas o qubits, se enreda cuando el estado cuántico de cada uno de ellos está inevitablemente conectado al estado cuántico de la otra partícula. Por lo tanto, una medición realizada en un qubit siempre se correlacionará con una medición en el otro qubit, independientemente de la distancia.

Este enredo, descrito en las explicaciones de la ciencia popular como 'acción espeluznante a distancia, 'es clave para cualquier infraestructura de comunicación cuántica del futuro.

Explotando este fenómeno espeluznante, los investigadores pueden utilizar fotones entrelazados para transferir información entre dos ubicaciones. El emisor tiene la mitad de los fotones entrelazados y el receptor tiene la otra mitad. Los dos usuarios, por ejemplo, puede establecer una cadena de bits secreta aleatoria para el cifrado mediante el entrelazamiento compartido.

Pero la comunicación cuántica de larga distancia también sufre pérdidas de fibra óptica, con fotones entrelazados que se desenredan debido a la interacción con su entorno, y repetidores cuánticos, donde se cargan las memorias cuánticas, sería necesario para prolongar la distancia de la comunicación cuántica. El repetidor almacena el estado cuántico de los fotones enviados por los usuarios. Un enredo 'intercambio, 'realizado por una medición de los fotones, propaga eficazmente el enredo en distancias mucho más largas, como los corredores que entregan las porras en una carrera de relevos.

Un repetidor cuántico funciona mediante un intercambio repetido de estados cuánticos entre la luz y la materia. Esto requiere una fuente de partículas entrelazadas que sea compatible con la memoria cuántica. Desafortunadamente, la memoria cuántica generalmente absorbe un ancho estrecho del espectro de un haz de luz (conocido como ancho de línea), pero las fuentes tradicionales de un par de fotones entrelazados cuánticamente tienen un amplio espectro. Esto da como resultado un acoplamiento muy deficiente entre un par de fotones entrelazados y la memoria cuántica.

Hasta aquí, Los esfuerzos para desarrollar fuentes de fotones entrelazados han luchado por cumplir con todos los requisitos de compatibilidad de memoria cuántica repetidora y aplicación en el mundo real:una gran cantidad de fotones (para grandes cantidades de tráfico), ancho de línea estrecho, y alta fidelidad al entrelazamiento.

Por décadas, la forma más común de producir partículas entrelazadas ha sido una técnica llamada conversión descendente paramétrica espontánea, o SPDC. Utiliza cristales para convertir fotones individuales de alta energía en pares de fotones entrelazados con la mitad de la energía original.

"Esto ha sido genial para los experimentos de información cuántica, ", dijo Horikiri." Pero para las comunicaciones cuánticas de banda ancha, SPDC no es muy compatible con las transiciones de energía muy estrechas involucradas en la producción de la memoria cuántica necesaria para los repetidores cuánticos ".

Los investigadores mejoraron esta técnica al colocar el cristal en una cavidad óptica en forma de pajarita, y pudieron propagar con éxito fotones entrelazados a lo largo de diez kilómetros a través de fibra óptica, repetido una vez para una distancia total total de 20 kilómetros.

Siguiendo con esta prueba de concepto para una nueva fuente de fotones entrelazados compatibles con la memoria cuántica que se pueden implementar a través de un cable de fibra óptica con bajas pérdidas, los investigadores ahora quieren implementar su técnica a través de múltiples nodos repetidores para distancias mucho más largas.