Desarrollan la primera memoria cuántica óptica a nanoescala

computación cuántica

Un grupo de investigadores del Instituto de Tecnología de California (Caltech) ha desarrollado la primera memoria cuántica óptica a nanoescala, un hallazgo que podría dar un importante impulso a la computación cuántica en general y a las redes cuánticas ópticas en particular.

Si estás al tanto de qué es la computación cuántica, ya debes saber que una de las principales limitaciones que frenan su evolución es la necesidad de la miniaturización extrema de los componentes que forman parte de los ordenadores cuánticos. Estas computadoras tienen que ser construidas con muchos qubits, la unidad básica de la información cuántica, todos controlados individualmente y entrelazados entre sí en una gran red para realizar los cálculos cuánticos. En la actualidad, el espacio entre un qubit y otro tiene que ser de pocos nanómetros para que los qubits puedan entrelazarse. Por este motivo, los demás componentes tienen que estar fabricados también a escala nanométrica. 

Aunque recientemente han diseñado una nueva arquitectura revolucionaria que podría cambiar este paradigma, todavía se encuentra en las primeras fases de investigación, por lo que la miniaturización de los componentes es clave para seguir avanzando.

La memoria cuántica almacena la información de una forma similar a la de las unidades de los ordenadores convencionales, pero en partículas cuánticas individuales que son los fotones de la luz. Esto le permite aprovechar las características de la mecánica cuántica, como la superposición, en la que un elemento cuántico puede existir en dos estados distintos simultáneamente, para almacenar los datos de una manera más eficiente y segura. 

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Para almacenar los fotones, el equipo de Faraon creó módulos de memoria utilizando cavidades ópticas hechas de cristales dopados con iones de tierras raras. Cada módulo de memoria mide solo 700 nanómetros de ancho por 15 micras de largo, una escala similar a la de los glóbulos rojos. El equipo enfrió los módulos después de crearlos, y luego un láser bombeó los fotones individuales, de forma que cada fotón fue absorbido por los iones de tierras raras con la ayuda de la cavidad óptica. Los fotones fueron liberados 75 nanosegundos más tarde y comprobaron que el 97% del tiempo retuvieron la información registrada.

"Este dispositivo es un componente esencial para el desarrollo futuro de redes cuánticas ópticas que podrían utilizarse para transmitir información cuántica", explica Andrei Faraon, autor del documento que describe el nuevo chip. "Esta tecnología no solo conduce a la miniaturización extrema de los dispositivos de memoria cuántica, sino que también permite un mejor control de las interacciones entre los fotones individuales y los átomos", añade Tian Zhong, autor principal del estudio.

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En el siguiente paso, el equipo quiere ampliar el tiempo que la memoria puede almacenar la información, así como su eficiencia. Para crear una red cuántica viable que envíe información a lo largo de cientos de kilómetros, será necesario que retenga los datos al menos durante un milisegundo. El equipo también tiene previsto integrar la memoria cuántica en circuitos más complejos para desplegar esta tecnología en las redes cuánticas.