Nicolas Gisin, profesor del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y fundador de ID Quantique. Foto: UNIGE.
El iterbio, una tierra rara descubierta en 1878 que forma parte de la tabla periódica de los elementos, puede convertirse en la estrella de la comunicación cuántica porque investigadores de la Universidad de Ginebra han descubierto que sus características permiten almacenar y replicar la señal cuántica con mucha rapidez e integridad.
Este hallazgo, publicado en Nature Materials, podría establecer las bases de una red cuántica mundial, según los investigadores, ya que el iterbio no sólo es capaz de almacenar y proteger la frágil información cuántica, sino también de operar al mismo tiempo a frecuencias altas.
Estas características convierten al iterbio en el candidato ideal de las futuras redes cuánticas, cuyo objetivo es propagar la señal (la información) a largas distancias a través de repetidores cuánticos seguros.
Uno de los desafíos actuales de la comunicación cuántica, que representa el futuro del intercambio seguro de información a través de las redes, consiste en crear memorias capaces de almacenar la información cuántica transportada por la luz (fotones).
Por este motivo, los científicos se centran en la fabricación de memorias cuánticas capaces de repetir la señal capturando fotones y sincronizándolos entre sí, con la finalidad de difundirlos cada vez más lejos. Lo que faltaba era al material adecuado para fabricar estas memorias cuánticas.
“La mayor dificultad consiste en encontrar un material capaz de aislar a la información cuántica transportada por fotones, para poder retenerlos un segundo y sincronizarlos entre sí”, explica uno de los investigadores, Mikael Afzelius, en un comunicado.
La idea es encontrar un material bien aislado de las perturbaciones del entorno, pero al mismo tiempo capaz de funcionar a altas frecuencias (que permiten almacenar y restituir al fotón con rapidez), dos características que normalmente resultan incompatibles.
Aunque en la actualidad existen prototipos de memoria cuántica testados en laboratorio, principalmente a base de otras tierras raras como el europio o el praseodimio, su velocidad, sin embargo, no es todavía muy alta.
Este hallazgo, publicado en Nature Materials, podría establecer las bases de una red cuántica mundial, según los investigadores, ya que el iterbio no sólo es capaz de almacenar y proteger la frágil información cuántica, sino también de operar al mismo tiempo a frecuencias altas.
Estas características convierten al iterbio en el candidato ideal de las futuras redes cuánticas, cuyo objetivo es propagar la señal (la información) a largas distancias a través de repetidores cuánticos seguros.
Uno de los desafíos actuales de la comunicación cuántica, que representa el futuro del intercambio seguro de información a través de las redes, consiste en crear memorias capaces de almacenar la información cuántica transportada por la luz (fotones).
Por este motivo, los científicos se centran en la fabricación de memorias cuánticas capaces de repetir la señal capturando fotones y sincronizándolos entre sí, con la finalidad de difundirlos cada vez más lejos. Lo que faltaba era al material adecuado para fabricar estas memorias cuánticas.
“La mayor dificultad consiste en encontrar un material capaz de aislar a la información cuántica transportada por fotones, para poder retenerlos un segundo y sincronizarlos entre sí”, explica uno de los investigadores, Mikael Afzelius, en un comunicado.
La idea es encontrar un material bien aislado de las perturbaciones del entorno, pero al mismo tiempo capaz de funcionar a altas frecuencias (que permiten almacenar y restituir al fotón con rapidez), dos características que normalmente resultan incompatibles.
Aunque en la actualidad existen prototipos de memoria cuántica testados en laboratorio, principalmente a base de otras tierras raras como el europio o el praseodimio, su velocidad, sin embargo, no es todavía muy alta.
Punto mágico
“Nos interesamos por una tierra rara de la tabla periódica que había sido poco estudiada, el iterbio”, explica otro de los investigadores, Nicolas Gisin, ya famoso por haber conseguido en 2005 la primera teletransportación cuántica a larga distancia, tal como informamos en otro artículo.
Y añade Gisin: “Nuestro objetivo era encontrar el material ideal para la confección de los repetidores cuánticos, lo que pasa por el aislamiento de los átomos respecto de su entorno, que tiende a perturbar la señal”. Y lo encontraron en el iterbio.
Los investigadores han descubierto que sometiendo el iterbio a campos magnéticos precisos, entra en un estado se insensibilidad que le desconecta de las perturbaciones ambientales y permite atrapar al fotón para sincronizarlo.
“Encontramos un punto mágico variando la amplitud y la dirección del campo magnético”, explican los investigadores Alexey Tiranov y Philippe Goldner. “Cuando se alcanza ese punto, los tiempos de coherencia de los átomos de iterbio aumentan en un factor 1.000, mientras operan a altas frecuencias”.
“Este material abre un nuevo campo de posibilidades para la creación de una red cuántica mundial y subraya la importancia de continuar las investigaciones fundamentales en paralelo con las aplicadas, como la creación de una memoria cuántica”, añade Mikael Afzelius.
“Nos interesamos por una tierra rara de la tabla periódica que había sido poco estudiada, el iterbio”, explica otro de los investigadores, Nicolas Gisin, ya famoso por haber conseguido en 2005 la primera teletransportación cuántica a larga distancia, tal como informamos en otro artículo.
Y añade Gisin: “Nuestro objetivo era encontrar el material ideal para la confección de los repetidores cuánticos, lo que pasa por el aislamiento de los átomos respecto de su entorno, que tiende a perturbar la señal”. Y lo encontraron en el iterbio.
Los investigadores han descubierto que sometiendo el iterbio a campos magnéticos precisos, entra en un estado se insensibilidad que le desconecta de las perturbaciones ambientales y permite atrapar al fotón para sincronizarlo.
“Encontramos un punto mágico variando la amplitud y la dirección del campo magnético”, explican los investigadores Alexey Tiranov y Philippe Goldner. “Cuando se alcanza ese punto, los tiempos de coherencia de los átomos de iterbio aumentan en un factor 1.000, mientras operan a altas frecuencias”.
“Este material abre un nuevo campo de posibilidades para la creación de una red cuántica mundial y subraya la importancia de continuar las investigaciones fundamentales en paralelo con las aplicadas, como la creación de una memoria cuántica”, añade Mikael Afzelius.
Referencia
Simultaneous coherence enhancement of optical and microwave transitions in solid-state electronic spins. Antonio Ortu et al. Nature Materials, volume 17, pages671–675 (2018). DOI :https://doi.org/10.1038/s41563-018-0138-x
Simultaneous coherence enhancement of optical and microwave transitions in solid-state electronic spins. Antonio Ortu et al. Nature Materials, volume 17, pages671–675 (2018). DOI :https://doi.org/10.1038/s41563-018-0138-x