Investigadores de la Universidad de Basilea han construido un elemento de memoria cuántica basado en átomos en una pequeña celda de vidrio. En el futuro, estas memorias cuánticas podrían producirse en masa en una oblea.
Es difícil imaginar nuestras vidas sin redes como Internet o las redes de telefonía móvil. En el futuro, se planean redes similares para tecnologías cuánticas que permitirán la transmisión de mensajes a prueba de escuchas mediante criptografía cuántica y permitirán conectar computadoras cuánticas entre sí.
Al igual que sus contrapartes convencionales, estas redes cuánticas requieren elementos de memoria en los que la información pueda almacenarse temporalmente y enrutarse según sea necesario. Un equipo de investigadores de la Universidad de Basilea, dirigido por el profesor Philipp Treutlein, ha desarrollado un elemento de memoria de este tipo que puede microfabricarse y, por tanto, es adecuado para la producción en masa. Sus resultados fueron publicados en Physical Review Letters. .
Las partículas de luz son especialmente adecuadas para transmitir información cuántica. Los fotones se pueden utilizar para enviar información cuántica a través de cables de fibra óptica, a satélites o a un elemento de memoria cuántica. Allí es necesario almacenar con la mayor precisión posible el estado mecánico cuántico de los fotones y, transcurrido un cierto tiempo, volver a convertirlos en fotones.
Hace dos años, los investigadores de Basilea demostraron que esto funciona bien utilizando átomos de rubidio en una celda de vidrio. "Sin embargo, esa celda de vidrio estaba hecha a mano y tenía varios centímetros de tamaño", dice el postdoctorado Dr. Roberto Mottola. "Para que sean adecuadas para el uso diario, estas células deben ser más pequeñas y poder producirse en grandes cantidades."
Eso es precisamente lo que han conseguido ahora Treutlein y sus colaboradores. Para utilizar una célula mucho más pequeña, de sólo unos pocos milímetros, obtenida de la producción en masa de relojes atómicos, tuvieron que desarrollar algunos trucos. Para tener una cantidad suficiente de átomos de rubidio para el almacenamiento cuántico a pesar del pequeño tamaño de la celda, tuvieron que calentar la celda a 100° centígrados para aumentar la presión de vapor.
Además, expusieron los átomos a un campo magnético de 1 tesla, más de 10.000 veces más fuerte que el campo magnético de la Tierra. Esto cambió los niveles de energía atómica de una manera que facilitó el almacenamiento cuántico de fotones utilizando un rayo láser adicional. Este método permitió a los investigadores almacenar fotones durante unos 100 nanosegundos. Los fotones libres habrían recorrido 30 metros en ese tiempo.
"De este modo hemos construido por primera vez una memoria cuántica en miniatura para fotones, de la que se pueden producir unas 1.000 copias en paralelo en una sola oblea", afirma Treutlein.
En el experimento actual se demostró el almacenamiento mediante pulsos láser fuertemente atenuados, pero en un futuro próximo Treutlein, en colaboración con el CSEM de Neuchatel, también quiere almacenar fotones individuales en las células en miniatura. Además, aún es necesario optimizar el formato de las células de vidrio para almacenar los fotones durante el mayor tiempo posible preservando sus estados cuánticos.
Más información: Roberto Mottola et al, Memoria óptica en una celda de vapor de rubidio microfabricada, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.260801. En arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.08538
Información de la revista: Cartas de revisión física , arXiv
Proporcionado por la Universidad de Basilea
