En un nuevo avance, investigadores de la Universidad de Copenhague, en colaboración con la Universidad Ruhr de Bochum, han resuelto un problema que ha causado dolores de cabeza a los investigadores cuánticos durante años. Los investigadores ahora pueden controlar dos fuentes de luz cuántica en lugar de una. Por trivial que pueda parecer para los no iniciados en cuántica, este avance colosal permite a los investigadores crear un fenómeno conocido como entrelazamiento mecánico cuántico. Esto, a su vez, abre nuevas puertas para que las empresas y otros exploten la tecnología comercialmente.

Pasar de uno a dos es una hazaña menor en la mayoría de los contextos. Pero en el mundo de la física cuántica, hacerlo es crucial. Durante años, los investigadores de todo el mundo se han esforzado por desarrollar fuentes de luz cuántica estables y lograr el fenómeno conocido como entrelazamiento mecánico cuántico, un fenómeno con propiedades casi de ciencia ficción, donde dos fuentes de luz pueden afectarse entre sí instantáneamente y potencialmente a través de grandes distancias geográficas. El entrelazamiento es la base misma de las redes cuánticas y es fundamental para el desarrollo de una computadora cuántica eficiente.

Investigadores del Instituto Niels Bohr publicaron un nuevo resultado en la prestigiosa revista Science, en el que lograron precisamente eso. Según el profesor Peter Lodahl, uno de los investigadores detrás del resultado, es un paso crucial en el esfuerzo por llevar el desarrollo de la tecnología cuántica al siguiente nivel y "cuantizar" las computadoras, el cifrado e Internet de la sociedad.

“Ahora podemos controlar dos fuentes de luz cuántica y conectarlas entre sí. Puede que no parezca mucho, pero es un gran avance y se basa en los últimos 20 años de trabajo. Al hacerlo, hemos revelado la clave para ampliar la tecnología, que es crucial para las aplicaciones de hardware cuántico más innovadoras”, dice el profesor Peter Lodahl, quien ha realizado investigaciones en el área desde 2001.

Toda la magia ocurre en un llamado nanochip, que no es mucho más grande que el diámetro de un cabello humano, que los investigadores también desarrollaron en los últimos años.

Las fuentes cuánticas superan a la computadora más poderosa del mundo

El grupo de Peter Lodahl está trabajando con un tipo de tecnología cuántica que utiliza partículas de luz, llamadas fotones, como microtransportadores para mover información cuántica.

Si bien el grupo de Lodahl es líder en esta disciplina de la física cuántica, hasta ahora solo han podido controlar una fuente de luz a la vez. Esto se debe a que las fuentes de luz son extraordinariamente sensibles al "ruido" exterior, lo que las hace muy difíciles de copiar. En su nuevo resultado, el grupo de investigación logró crear dos fuentes de luz cuántica idénticas en lugar de solo una.

“Enredo significa que al controlar una fuente de luz, inmediatamente afectas a la otra. Esto hace posible crear una red completa de fuentes de luz cuántica entrelazadas, todas las cuales interactúan entre sí, y que puede llegar a realizar operaciones de bits cuánticos de la misma manera que los bits en una computadora normal, solo que con mucha más potencia”. explica el postdoctorado Alexey Tiranov, autor principal del artículo.

Esto se debe a que un bit cuántico puede ser un 1 y un 0 al mismo tiempo, lo que da como resultado una potencia de procesamiento que es inalcanzable con la tecnología informática actual. Según el profesor Lodahl, solo 100 fotones emitidos por una sola fuente de luz cuántica contendrán más información de la que puede procesar la supercomputadora más grande del mundo.

Mediante el uso de 20-30 fuentes de luz cuántica entrelazadas, existe la posibilidad de construir una computadora cuántica universal con corrección de errores: el último "santo grial" para la tecnología cuántica, en el que las grandes empresas de TI ahora están inyectando muchos miles de millones.

Otros actores se basarán en la investigación.

Según Lodahl, el mayor desafío ha sido pasar de controlar una a dos fuentes de luz cuántica. Entre otras cosas, esto ha hecho necesario que los investigadores desarrollen nanochips extremadamente silenciosos y tengan un control preciso sobre cada fuente de luz.

Con el nuevo avance de la investigación, la investigación fundamental de la física cuántica ya está en su lugar. Ahora es el momento de que otros actores tomen el trabajo de los investigadores y lo utilicen en sus búsquedas para implementar la física cuántica en una gama de tecnologías que incluyen computadoras, Internet y encriptación.

“Es demasiado costoso para una universidad construir una configuración en la que controlemos 15-20 fuentes de luz cuántica. Entonces, ahora que hemos contribuido a comprender la física cuántica fundamental y hemos dado el primer paso en el camino, ampliar aún más es una tarea tecnológica”, dice el profesor Lodahl.

La investigación se llevó a cabo en el “Centro de Excelencia para Redes Cuánticas Híbridas (Hy-Q)” de la Fundación Nacional Danesa de Investigación y es una colaboración entre la Universidad Ruhr de Bochum en Alemania y el Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague.

Informe de investigación:Dinámica colectiva superrradiante y subrradiante entre emisores cuánticos ópticos distantes

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