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Memory-enabled Optical Quantum Simulators

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Un banco de pruebas nanométrico para comportamientos cuánticos

Aunque pueda parecer más sencillo estudiar el mundo cuántico mediante la teoría que mediante experimentos, la computación puede imponer sus límites. Un grupo de científicos ha creado un simulador cuántico experimental que permitirá realizar pruebas prácticas de predicciones e hipótesis.

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Los avances impresionantes en métodos experimentales y teóricos han abierto una ventana a un nuevo mundo lleno de desafíos: el mundo cuántico. Aquí, los comportamientos de la materia desafían las descripciones de la mecánica clásica y casi cualquier cosa parece posible. Sin embargo, al tratar con estas interacciones atómicas y subatómicas, la carga computacional de los problemas de muchos cuerpos puede ser problemática. Los científicos han creado un montaje experimental, un simulador cuántico, para ayudar a enunciar y probar hipótesis sobre los comportamientos complicados de los sistemas cuánticos. Gracias al apoyo de la Unión Europea para el proyecto MOQUASIMS (Memory-enabled optical quantum simulators), los investigadores pioneros también han construido y aplicado un sistema cuántico para capturar fotones en movimiento y conservarlos en forma de excitaciones atómicas estacionarias. En otras palabras, han creado las bases del primer simulador cuántico programable capaz de almacenar memoria óptica que se puede obtener mediante la integración de ambas cosas. El montaje de memoria cuántica almacena luz de banda ancha en vapor de cesio a temperatura ambiente. La posibilidad de usar el sistema a temperatura ambiente es una gran victoria para la mayoría de tecnologías. Todo lo que se pueda lograr sin complicaciones en la refrigeración o la calefacción minimiza la complejidad y maximiza las posibilidades de éxito. También maximiza las probabilidades de su adopción posterior, ya que reduce los costes de inversión y las dificultades de operación. Ahora, las soluciones para los problemas de ruido observados han dado lugar a la posibilidad de almacenar y recuperar fotones en movimiento de banda ancha de gigahercios de forma programable y en un entorno con muy poco ruido. En particular, el sistema puede transportar de forma fiable un fotón aislado con un periodo o tiempo de ciclo inferior al nanosegundo. A continuación, el equipo creó una red integrada totalmente óptica, un chip fotónico de gran complejidad que puede simular muchos fenómenos interesantes de la física cuántica. Este modelo simplificado ya se ha utilizado para realizar distintos experimentos cuánticos, incluida la simulación de la analogía cuántica de un sistema fotosintético. El paso final será integrar ambas cosas. Se espera que esto permita llevar a cabo experimentos que antes no eran posibles, además de tener usos prácticos como en el desarrollo de comunicaciones seguras incondicionales, computación súper rápida o mediciones muy precisas. MOQUASIMS ha logrado construir una nueva herramienta potente con capacidad para cambiar la forma en que interactuamos entre nosotros y con el mundo que nos rodea.

Palabras clave

Cuanto, simulador cuántico, fotones, almacenamiento en memoria óptica, física cuántica

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