Este avance podría revolucionar la computación, las telecomunicaciones y la seguridad cuántica
Buenos Aires-(Nomyc)-La posibilidad de controlar la luz a nivel cuántico es uno de los grandes desafíos de la física moderna y rn los últimos años, los avances en superconductores permitieron manipular la luz y la materia con precisión sin precedentes.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) y el Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria (ISTA) dio un paso revolucionario al desarrollar “átomos artificiales” de gran tamaño que pueden almacenar y liberar luz a voluntad, según fue publicado en Physical Review Letters, lo que representa un hito en la física cuántica y podría allanar el camino hacia nuevas aplicaciones en computación cuántica, telecomunicaciones y sensores ultra precisos.
El equipo, liderado por Elena Redchenko y Johannes Fink, logró construir un sistema en base a superconductores que permite “crear, controlar y sincronizar pulsos de luz cuánticos”, algo que se consideraba inalcanzable, con métodos tradicionales.
Átomos artificiales y la revolución de los superconductores: la idea de los Átomos Artificiales no es nueva, pero lo que hace especial este experimento, es su capacidad para personalizar las propiedades cuánticas de estos sistemas.
Mientras que los Átomos Naturales tienen estados de energía fijos, los artificiales pueden ser diseñados para tener “niveles de energía ajustables” a medida, por lo que los científicos pueden controlar cómo interactúan con la luz, para tener una precisión mayor en experimentos de óptica cuántica y los dispositivos utilizados en el experimento son circuitos superconductores que pueden comportarse como átomos en términos cuánticos.
“Con nuestros Átomos Artificiales, podemos elegir qué valores de energía están permitidos, ya que para cada uno de ellos, establecemos la distancia exacta entre los niveles de energía físicamente posibles”, explica Elena Redchenko y esta flexibilidad abre nuevas posibilidades para manipular fotones individuales, esenciales para la computación cuántica.
Otra de las claves del experimento, es la interacción con ondas de microondas, que pueden ser absorbidas y liberadas por estos átomos artificiales.
“Podemos demostrar que los fotones se intercambian entre las microondas en el cable y los átomos artificiales de una manera predecible con exactitud", señala Redchenko y este control sobre los fotones es esencial para el desarrollo de memorias cuánticas y tecnologías de transmisión de información ultrasegura.
La innovación de almacenar y recuperar luz: uno de los mayores avances del estudio es que los investigadores lograron “almacenar luz y recuperarla luego”, algo fundamental para el desarrollo de nuevas tecnologías cuánticas y para ello, diseñaron una estructura en la que los átomos artificiales están acoplados a un resonador de microondas, lo que permite capturar fotones y liberarlos en un momento determinado.
El equipo observó que los fotones no desaparecen de manera inmediata, tras la interacción con los átomos artificiales, sino que pueden ser recolectados y devueltos en intervalos regulares, en un fenómeno similar a la memoria de una computadora, pero a nivel cuántico: la luz no se pierde, sino que “queda almacenada temporalmente y se libera bajo demanda”.
Los investigadores demostraron que la flexibilidad de este sistema y su precisión en experimentos cuánticos muy diversos, lo que implica que podría utilizarse para desarrollar nuevas tecnologías de almacenamiento de información en el campo de la computación cuántica, donde el control preciso de los fotones es esencial.
Pulsos de luz controlados y su impacto en la computación cuántica: otro aspecto crucial del experimento, es la capacidad de controlar la emisión de pulsos de luz cuánticos con precisión extrema ya que en el sistema desarrollado, los científicos pueden enviar una señal clásica de microondas y transformarla en una secuencia de pulsos cuánticos.
Para demostrarlo, enviaron un pulso clásico de microondas, pero la interacción con los átomos artificiales puede crear una serie de pulsos cuánticos de luz, separados en intervalos de tiempo que podemos controlar.
Es como un temporizador cuántico en un chip, como describe Redchenko al señalar que “esta propiedad, permite programar la liberación de fotones en momentos específicos, algo fundamental para la comunicación cuántica y las tecnologías de encriptación seguras”.
Por otra parte, este sistema ofrece una ventaja clave sobre los métodos tradicionales, ya que en vez de depender de átomos naturales que tienen propiedades fijas, los átomos artificiales pueden diseñarse con características específicas para optimizar su funcionamiento, lo que a su vez, abre la puerta a la creación de redes de comunicación cuántica más eficientes y robustas.
Implicaciones para la tecnología cuántica del futuro: este experimento no solo representa un hito en la manipulación de la luz a nivel cuántico, sino que también sienta las bases para múltiples aplicaciones en el campo de la tecnología cuántica y entre las posibles aplicaciones destacan:
Por último, los investigadores creen que su tecnología podría integrarse en circuitos cuánticos avanzados, al mejorar la conectividad y la eficiencia de los sistemas actuales. Este nivel de control era impensable con átomos naturales, pero ahora, con los átomos artificiales, se podrá programar el comportamiento de la luz a nivel cuántico, concluyen los autores.
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