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| El montaje experimental del equipo, que incluye una cavidad óptica que contiene un único átomo de rubidio. Crédito: MPQ |
El entrelazamiento desempeña un papel crucial en la ciencia de la información cuántica. Puede utilizarse en un ordenador cuántico que puede realizar numerosas operaciones matemáticas simultáneamente. Para utilizar un ordenador cuántico de forma eficiente, muchas partículas entrelazadas deben trabajar juntas. Son los elementos esenciales para los cálculos, los llamados qubits.
Un equipo de físicos del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching ha demostrado ahora, por primera vez, esta tarea con fotones emitidos por un solo átomo. Pudieron generar hasta 14 fotones entrelazados en un resonador óptico, que pueden prepararse en estados físicos cuánticos específicos de forma selectiva y muy eficiente. El nuevo método podría permitir la construcción de potentes y robustos ordenadores cuánticos y servir para la transmisión segura de datos en el futuro.
Es la primera vez que el equipo genera hasta 14 fotones entrelazados de forma definida y con alta eficiencia.
Philip Thomas, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) de Garching, cerca de Múnich, dijo: "El truco de este experimento fue que utilizamos un solo átomo para emitir los fotones y entrelazarlos de una manera muy específica. Para ello, colocamos un átomo de rubidio en el centro de una cavidad óptica, una cámara de eco para las ondas electromagnéticas. El estado del átomo podía ser dirigido con precisión con luz láser de una determinada frecuencia. Mediante un pulso de control adicional, los investigadores también provocaron específicamente la emisión de un fotón enredado con el estado cuántico del átomo".
"Repetimos este proceso varias veces y de una manera previamente determinada. Entre medias, se manipuló el átomo de una manera determinada -en la jerga técnica: se giró-. De este modo, fue posible crear una cadena de hasta 14 partículas de luz enredadas por las rotaciones atómicas y llevadas al estado deseado."
"Hasta donde sabemos, las 14 partículas de luz interconectadas son el mayor número de fotones enredados generados en el laboratorio hasta ahora".
"Como la cadena de fotones surgió de un solo átomo, pudo producirse de forma determinista. Esto significa: que, en principio, cada pulso de control proporciona un fotón con las propiedades deseadas. Hasta ahora, el entrelazamiento de fotones solía tener lugar en cristales especiales no lineales. El inconveniente: las partículas de luz se crean de forma aleatoria y no se pueden controlar. Esto también limita el número de partículas agrupadas en un estado colectivo".
El método utilizado por los científicos permite generar cualquier número de fotones enredados. También es eficiente: Se ha comprobado la eficacia de casi el 50 por ciento midiendo la cadena de fotones producida.
Thomas dijo: "Esto significa: casi cada segundo de "pulsación de un botón" en el átomo de rubidio entregó una partícula de luz utilizable, mucho más de lo que se ha logrado en experimentos anteriores".
El director Gerhard Rempe dijo: "En definitiva, nuestro trabajo elimina un antiguo obstáculo en el camino hacia la computación cuántica escalable y basada en mediciones".
Los investigadores del MPQ quieren eliminar un obstáculo más. Por ejemplo, se necesitarían dos átomos como fuentes de fotones en el resonador para realizar operaciones informáticas complejas. Según los físicos cuánticos, existe un estado de cluster bidimensional.
Philip Thomas dijo: "Ya estamos trabajando para abordar esta tarea".
Fuentes, créditos y referencias: