El almacenamiento de fotones: un avance en tecnología cuántica
Los fenómenos cuánticos se producen a escala de los átomos y las partículas subatómicas. Comprender lo que sucede a esa escala abre nuevas y emocionantes posibilidades en campos tales como tecnología y la computación cuánticas y podría suponer toda una revolución para la sociedad humana. Los ordenadores cuánticos podrían llegar a resolver en pocos segundos problemas para los que un ordenador normal necesitaría miles de millones de años.
Ideas brillantes
Las tecnologías cuánticas fotónicas son aquellas en las que la luz desempeña una función central. «La luz es uno de los pocos medios donde se pueden observar los fenómenos cuánticos en condiciones normales, —explica Ian Walmsley, coordinador del proyecto BRiiGHT y catedrático de Física Experimental en el Imperial College de Londres (Reino Unido)—. Por tanto, es un medio ideal para las aplicaciones cuánticas». Las tecnologías cuánticas fotónicas tienen un enorme potencial en aplicaciones tales como las comunicaciones seguras, o para conectar los nodos de un ordenador cuántico. «En teoría, incluso sería posible construir un procesador cuántico íntegramente a base de luz» —apunta Walmsley—. Varias empresas y grupos de investigación están tratando de lograrlo». Sin embargo, ampliar el alcance de ciertas tecnologías cuánticas requiere disponer de una memoria cuántica para almacenar y liberar la luz a demanda. Un problema crucial hasta la fecha era la poca fiabilidad de las fuentes de fotones, que no siempre producen fotones en el momento necesario, o no lo hacen con la calidad adecuada. Dichas imperfecciones han supuesto un obstáculo a la aplicación de tecnologías cuánticas fotónicas en la computación y las comunicaciones. En el proyecto BRiiGHT, respaldado por el Consejo Europeo de Investigación, se trató de subsanar esta cuestión mediante la construcción de una unidad robusta de almacenamiento de luz para suministrar fotones a discreción, que permitiera retener los fotones y luego liberarlos en la red todos juntos. «Una tarea clave era fabricar una memoria cuántica que tuviera un grado de eficacia adecuado, así como un nivel de ruido suficientemente bajo», afirma Walmsley. «El ruido impide operar a escala cuántica». Tras lograr este objetivo, Walmsley y su equipo se centraron en mejorar la calidad de la fuente lumínica. «Conseguimos demostrar que es posible “calibrar” la memoria, para adecuarla a diferentes aplicaciones. Se incluyen la sincronización de la red, el filtrado para mejorar la calidad de los fotones o incluso el uso como estación repetidora para posibilitar comunicaciones cuánticas de larga distancia», añade.
Tecnologías de almacenamiento de fotones
Tener acceso a fotones a discreción es uno de los pilares de la computación cuántica fotónica. A este respecto, con sus impresionantes avances en memoria cuántica, el proyecto BRiiGHT ha desempeñado un papel fundamental. «Aún se nos resisten varios problemas de ingeniería —señala Walmsley—. Pero creemos que la memoria es lo suficientemente sencilla para que sea factible construir una gran cantidad, que es lo que se necesitará para cualquier máquina cuántica». Las memorias fotónicas cuánticas también pueden ser útiles para ordenadores cuánticos basado en red y protocolos que precisen acceder a una red cuántica. Walmsley está seguro de que acabarán por usarse en redes de comunicación cuántica. «Aunque el nivel de ruido, el ancho de banda y la eficacia de la memoria son adecuados para algunas aplicaciones, aún es preciso mejorar ciertos aspectos de su rendimiento», explica. «Se incluye la posibilidad de lograr un almacenamiento a largo plazo, que abriría la puerta a una gama más amplia de aplicaciones, repetidores cuánticos incluidos». De hecho, ya se ha concedido una licencia de explotación para la tecnología. «Sería genial ver que termina por funcionar como componente de un sistema comercial para la computación cuántica u otras aplicaciones cuánticas», añade Walmsley.
Palabras clave
BRiiGHT, computación, cuántica, fotones, átomos, subatómico, fotónico
