Los investigadores son conscientes de un hito importante en la comunicación cuántica utilizando la luz.

Pocos términos son más omnipresentes en el campo de la ciencia en estos días que «cuántico».

Las tecnologías basadas en las leyes de la mecánica cuántica, notoriamente resistentes a las computadoras habilitadoras, son más poderosas que las supercomputadoras más rápidas de la actualidad, y las comunicaciones seguras e impenetrables y las capacidades de detección sin precedentes son esenciales para futuros descubrimientos científicos.

Pero para que estas tecnologías vean la luz del día, los investigadores deben desarrollar redes de comunicación cuántica eficientes que conecten dispositivos cuánticos al tiempo que preservan los estados sensibles de las partículas utilizadas para transmitir información.

Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía, junto con colegas de la Universidad de Purdue, han dado un paso importante hacia este objetivo al aprovechar la frecuencia o el color de la luz. Tales capacidades podrían contribuir a crear redes cuánticas que sean más prácticas y de alcance más amplio, con mayor solidez y seguridad que las redes convencionales que tenemos hoy.

Específicamente, el equipo está trabajando para aprovechar las propiedades de la luz y los principios de la mecánica cuántica para transmitir información, lo que convierte a la red en un procesador de información cuántica fotónica. Este enfoque es prometedor por varias razones.

Para empezar, los fotones viajan a la velocidad de la luz, lo que permite que la información llegue del punto A al punto B lo más rápido posible. Los fotones generalmente no interactúan entre sí o con el entorno circundante, lo que garantiza que la información no se distorsione ni se dañe durante la transmisión. El líder del proyecto Joseph Lockins, científico investigador de ORNL y miembro de Wigner y ganador del premio DOE Early Career Award que ayudó a detallar los hallazgos del equipo en: Cartas de revisión física.

El equipo usó luz para producir un qubit bin de frecuencia, o fotones individuales presentes en dos frecuencias diferentes simultáneamente, para mostrar procesos de comunicación completamente aleatorios en la codificación de frecuencia por primera vez. Si bien la codificación de frecuencia y entrelazamiento aparece en muchos sistemas y son naturalmente compatibles con las fibras ópticas, el uso de estos fenómenos para realizar operaciones de procesamiento y procesamiento de datos tradicionalmente ha resultado difícil. Sin embargo, estas operaciones son necesarias para las funciones de red básicas en la comunicación cuántica y, por lo tanto, la realización de una amplia gama de tecnologías cuánticas.

Usando una técnica desarrollada en ORNL conocida como procesador de frecuencia cuántica, los investigadores demostraron puertas cuánticas u operaciones lógicas ampliamente aplicables, necesarias para implementar protocolos de comunicación cuántica. En estos protocolos, los investigadores deben poder procesar los fotones de una manera determinada por el usuario, a menudo en respuesta a las mediciones realizadas en partículas en otras partes de la red. Mientras que las operaciones tradicionales utilizadas en las computadoras clásicas y las tecnologías de la comunicación, como Y y O, operan con ceros y ceros numéricos individualmente, las puertas cuánticas operan en una superposición simultánea de ceros y unos, manteniendo la información cuántica protegida a medida que pasa, un fenómeno necesario para lograr redes cuánticas .Real.

Al demostrar que su configuración puede transformar cualquier estado de qubit en un estado de qubit diferente, el equipo demostró una transferencia práctica de información. «Si puede realizar operaciones arbitrarias, puede realizar cualquiera de las cantidades básicas Comunicación «Los protocolos son como cambios de frecuencia», dijo Lockens.

Su sistema es uno de muchos sistemas diferentes, pero se encuentra entre los más prometedores al observar los resultados. Por ejemplo, el equipo ha demostrado con éxito más del 98% de precisión, una medida cuantitativa de precisión, utilizando una configuración personalizada.

Si bien las redes cuánticas en el contenedor de frecuencia han sido históricamente difíciles de controlar, la caja de herramientas del equipo, dijo Lockins, lo hace más controlable. No solo eso, es un sistema producido naturalmente que se traduce bien en los Fibra óptica. De hecho, el sistema ha sido diseñado utilizando componentes de comunicación clásicos como modificadores de fase. Estos factores hacen que la tecnología sea menos costosa y más atractiva para las industrias que buscan implementarla. Además, este efecto dominó desarrolla la comunicación clásica y cuántica simultáneamente, lo que lleva al desarrollo de métodos de equipo y posiblemente acerque las redes cuánticas a gran escala a la realidad.

Su próximo experimento incluirá la implementación de su sistema en un circuito óptico integrado. «Hay muchas solicitudes inesperadas», dijo Lukens. «La codificación de frecuencia es producida naturalmente por muchos sistemas diferentes y es muy adecuada para fibras ópticas, por lo que el área de aplicación potencial debería ser amplia».