La maquinaria del experimento. Foto: FUW, Mateusz Mazelanik.
Investigadores polacos han utilizado una nube de átomos refrigerados por láser para construir una memoria cuántica capaz de almacenar simultáneamente 665 estados cuánticos de la luz, según informa la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia en un comunicado. Los resultados se publican en la revista Nature Communications.
Esta memoria cuántica, al poder almacenar simultáneamente centenares de estados luminosos, representa una proeza mundial, ya que hasta ahora sólo se había conseguido almacenar simultáneamente fotones en varias docenas de estados.
La memoria es un elemento indispensable en cualquier proceso para el tratamiento de información. De la misma forma que no se puede construir un ordenador ordinario sin memoria RAM (Random-access memory), tampoco es posible construir un ordenador cuántico que no tenga memoria cuántica.
La memoria cuántica es un dispositivo capaz de almacenar una superposición de estados cuánticos. Se diferencia de la memoria informática tradicional en que, en vez de almacenar bits de información (unos y ceros), almacena cúbits, sistemas cuánticos con dos estados propios que pueden ser manipulados arbitrariamente.
La operación simultánea con muchos cúbits es la clave para una computación cuántica paralela eficiente que ofrece nuevas oportunidades en los campos de la imagen o la comunicación. Se puede codificar una cantidad particularmente alta de información con muchos fotones con propiedades controladas con precisión.
Esta memoria cuántica, al poder almacenar simultáneamente centenares de estados luminosos, representa una proeza mundial, ya que hasta ahora sólo se había conseguido almacenar simultáneamente fotones en varias docenas de estados.
La memoria es un elemento indispensable en cualquier proceso para el tratamiento de información. De la misma forma que no se puede construir un ordenador ordinario sin memoria RAM (Random-access memory), tampoco es posible construir un ordenador cuántico que no tenga memoria cuántica.
La memoria cuántica es un dispositivo capaz de almacenar una superposición de estados cuánticos. Se diferencia de la memoria informática tradicional en que, en vez de almacenar bits de información (unos y ceros), almacena cúbits, sistemas cuánticos con dos estados propios que pueden ser manipulados arbitrariamente.
La operación simultánea con muchos cúbits es la clave para una computación cuántica paralela eficiente que ofrece nuevas oportunidades en los campos de la imagen o la comunicación. Se puede codificar una cantidad particularmente alta de información con muchos fotones con propiedades controladas con precisión.
La aportación polaca
El corazón del sistema construido en la Universidad de Varsovia es la denominada trampa magnetoóptica (MOT), un dispositivo que utiliza enfriamiento por láser y atrapamiento magneto-óptico con el fin de producir muestras de átomos neutros congelados a temperaturas tan bajas como unos pocos microkelvin, con dos o tres veces el límite de retroceso.
En el experimento polaco, un grupo de átomos de rubidio en una cámara de vacío de vidrio fue atrapado y enfriado a 20 microkelvins con láser y un campo magnético. El protocolo de memoria utilizado se basa en la dispersión de luz no resonante en los átomos: “en el proceso de grabación, iluminamos una nube fría de átomos con un láser, lo que hizo posible que los fotones se emitan en ángulos aleatorios y luego se graben con una cámara sensible”, explican los científicos.
Según los físicos de la Universidad de Varsovia, la información sobre las direcciones de la dispersión se almacena dentro del conjunto de átomos en forma de excitaciones colectivas (llamadas ondas de espín) que pueden reconstruirse bajo demanda en la forma de otro grupo de fotones.
La medición de la correlación entre la dirección de los fotones emitidos durante la grabación y la lectura de la memoria, permite concluir que el experimento produce luz, cuyas propiedades no pueden describirse utilizando la óptica clásica, señalan los investigadores.
El prototipo de memoria cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia ocupa dos grandes mesas y funciones ópticas gracias a nueve láseres y tres computadoras que controlan su funcionamiento.
Los investigadores destacan especialmente que la memoria cuántica creada en la Universidad de Varsovia es única en un aspecto más. La información sobre todos los fotones emitidos desde la memoria se almacena en el mismo volumen de átomos que comparten la información guardada. Esto permite observar la interferencia de dos ondas de espín que se originan en los átomos en el campo magnético externo, descrita por un conjunto diferente de números cuánticos.
En el futuro, esto permitirá una manipulación más complicada y compleja del estado de los átomos y, finalmente, la producción de fotones individuales con parámetros controlados por los investigadores, según detalla uno de los autores de esta investigación, Wojciech Wasilewski.
El corazón del sistema construido en la Universidad de Varsovia es la denominada trampa magnetoóptica (MOT), un dispositivo que utiliza enfriamiento por láser y atrapamiento magneto-óptico con el fin de producir muestras de átomos neutros congelados a temperaturas tan bajas como unos pocos microkelvin, con dos o tres veces el límite de retroceso.
En el experimento polaco, un grupo de átomos de rubidio en una cámara de vacío de vidrio fue atrapado y enfriado a 20 microkelvins con láser y un campo magnético. El protocolo de memoria utilizado se basa en la dispersión de luz no resonante en los átomos: “en el proceso de grabación, iluminamos una nube fría de átomos con un láser, lo que hizo posible que los fotones se emitan en ángulos aleatorios y luego se graben con una cámara sensible”, explican los científicos.
Según los físicos de la Universidad de Varsovia, la información sobre las direcciones de la dispersión se almacena dentro del conjunto de átomos en forma de excitaciones colectivas (llamadas ondas de espín) que pueden reconstruirse bajo demanda en la forma de otro grupo de fotones.
La medición de la correlación entre la dirección de los fotones emitidos durante la grabación y la lectura de la memoria, permite concluir que el experimento produce luz, cuyas propiedades no pueden describirse utilizando la óptica clásica, señalan los investigadores.
El prototipo de memoria cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia ocupa dos grandes mesas y funciones ópticas gracias a nueve láseres y tres computadoras que controlan su funcionamiento.
Los investigadores destacan especialmente que la memoria cuántica creada en la Universidad de Varsovia es única en un aspecto más. La información sobre todos los fotones emitidos desde la memoria se almacena en el mismo volumen de átomos que comparten la información guardada. Esto permite observar la interferencia de dos ondas de espín que se originan en los átomos en el campo magnético externo, descrita por un conjunto diferente de números cuánticos.
En el futuro, esto permitirá una manipulación más complicada y compleja del estado de los átomos y, finalmente, la producción de fotones individuales con parámetros controlados por los investigadores, según detalla uno de los autores de esta investigación, Wojciech Wasilewski.
Referencia
Wavevector multiplexed atomic quantum memory via spatially-resolved single-photon detection. Nature Communications 8, Article number: 2140 (2017). doi:10.1038/s41467-017-02366-7
Wavevector multiplexed atomic quantum memory via spatially-resolved single-photon detection. Nature Communications 8, Article number: 2140 (2017). doi:10.1038/s41467-017-02366-7