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Teletransporte de un estado cuántico a 25 km
Físicos de la Universidad de Ginebra (Suiza) han logrado teletransportar el estado cuántico de un fotón a un cristal a más de 25 kilómetros de fibra óptica.
El experimento, llevado a cabo en el laboratorio del profesor Nicolas Gisin, pulveriza el récord anterior de seis kilómetros alcanzado hace diez años por el mismo equipo, UNIGE. El paso de la luz en la materia, utilizando el teletransporte de un fotón a un cristal, muestra que en la física cuántica la composición de una partícula no es importante, sino más bien su estado, ya que este puede existir y persistir fuera de diferencias tan extremas como aquellas que distinguen la luz de la materia. Los resultados obtenidos por Félix Bussières y sus colegas se presentan en la última edición de Nature Photonics.
Los últimos experimentos han permitido comprobar que el estado cuántico de un fotón se puede mantener mientras se transporta a un cristal, sin contacto directo. Uno tiene que imaginar el cristal como un banco de memoria para almacenar la información del fotón; este último se transfiere a través de estas distancias utilizando el efecto de la teleportación.
Más de 25 kilómetros
El experimento no sólo representa un notable logro tecnológico sino también un avance espectacular en las posibilidades continuamente sorprendentes que ofrece la dimensión cuántica. Al tomar la distancia de 25 km de fibra óptica, los físicos de UNIGE han superado significativamente su propio récord de seis kilómetros, distancia alcanzada durante la primera teletransportación a larga distancia alcanzada por el profesor Gisin y su equipo en 2003.
Memoria Después de triangulación
Entonces, ¿qué es exactamente esta prueba de entrelazamiento cuántico y sus propiedades? Se tienen que imaginar dos fotones entrelazados, en otras palabras, dos fotones inextricablemente vinculados en el nivel inferior de sus estados conjuntos. Uno es propulsado a lo largo de una fibra óptica (25 km), pero no el otro, que se envía a un cristal. Es como un juego de billar, con un tercer fotón que golpea el primero que hace desaparecer a los dos. Los científicos miden esta colisión. Pero la información contenida en el tercer fotón no se destruye -por el contrario, encuentra su camino hacia el cristal que también contiene el segundo fotón entrelazado.
Por lo tanto, como Félix Bussières autor principal de esta publicación explica, se observa «que el estado cuántico de los dos elementos de luz, estos dos fotones entrelazados que son como dos hermanos siameses, es un canal que permite a la teletransportación de la luz en la materia» .
A partir de ahí, hay un pequeño paso para concluir que, en física cuántica, el estado tiene prioridad sobre el «vehículo» – en otras palabras, las propiedades cuánticas de un elemento trascienden a las propiedades físicas clásicas. Un paso que tal vez ahora uno puede tomar.
Fuente: Quantum teleportation from a telecom-wavelength photon to a solid-state quantum memory, Nature Photonics, DOI: 10.1038/nphoton.2014.215
Detección cuántica no destructiva de un solo fotón
Albert Einstein recibió el Premio Nobel por explicar el efecto fotoeléctrico como un proceso de absorción y aniquilación de fotones. Todo detector de un solo fotón aniquila dicho fotón impidiendo medidas repetidas del mismo fotón. Parece imposible diseñar un detector no destructivo de fotones, sin embargo, Andreas Reiserer (Instituto Max Planck de Óptica Cuántica, Garching, Alemania) y dos colegas han logrado lo imposible gracias a acoplar el estado del fotón con un átomo de rubidio-87 atrapado en una cavidad óptica y medir dicho átomo para deducir la presencia del fotón o su ausencia mediante fluorescencia. El nuevo método tiene una eficiencia del 74%, que se puede incrementar utilizando medidas repetidas en sucesión sobre el mismo fotón (dos medidas subirían la eficiencia al 87% y tres medidas hasta el 89%). Se esperan muchas aplicaciones en metrología cuántica, computación cuántica, comunicación cuántica e incluso en la futura web cuántica. El artículo técnico es Andreas Reiserer, Stephan Ritter, Gerhard Rempe, “Nondestructive Detection of an Optical Photon,” Science, AOP 14 Nov 2013 (arXiv:1311.3625 [quant-ph]).
Ampliar en: La Ciencia de la Mula Francis
Un paso más en el camino hacia los ordenadores cuánticos
La interacción entre la materia y la luz es uno de los procesos más fundamentales de la física. Ya sea un coche que se calienta como un horno en el verano debido a la absorción de cuantos de luz o las células solares que extraer electricidad de la luz o diodos emisores de luz que convierten la electricidad en luz, nos encontramos con los efectos de estos procesos en nuestra vida diaria. La comprensión de las interacciones entre las partículas individuales de luz – fotones – y los átomos es fundamental para el desarrollo de un ordenador cuántico.
Físicos de Walther-Meissner-Institute for Low Temperature Research de la Bavarian Academy of Sciences (WMI) y Augsburg University, en colaboración con investigadores de España, han realizado una interacción ultrafuerte entre los fotones a frecuencias de microondas y los átomos de un circuito de nano-estructura. La interacción es diez veces más fuerte que los niveles alcanzados anteriormente para tales sistemas.
El sistema más simple para investigar las interacciones entre la luz y la materia es una cavidad resonante con una partícula de luz y un átomo capturado en el interior (cavidad electrodinámica cuántica, cavidad QED). Sin embargo, dado que la interacción es muy débil, estos experimentos son muy elaborados. Una interacción mucho más fuerte se puede obtener con circuitos nano-estructurados en los que metales como el aluminio se vuelven superconductores a temperaturas justo por encima del cero absoluto (circuito QED). Correctamente configurado, los miles de millones de átomos en los conductores de espesor simplemente del orden de nanómetros se comportan como un solo átomo artificial y obedecer las leyes de la mecánica cuántica. En el caso más simple, se obtiene un sistema con dos estados de energía, llamado qubit o bit cuántico.
El acoplamiento de este tipo de sistemas con resonadores de microondas ha abierto un dominio creciente de investigación en TUM Physics, el WMI y el cluster of excellence Nanosystems Initiative Munich (NIM) están liderando este campo. En contraste con los sistemas de cavidad QED, los investigadores pueden personalizar la circuitería en muchas áreas.
Para facilitar las mediciones, el profesor Gross y su equipo capturó el fotón en una caja especial, un resonador. Consiste en la realización de una ruta de superconductor de niobio que se configura con «espejos» con gran poder de reflexión para microondas en ambos extremos. En este resonador, el átomo artificial hecho de un circuito de aluminio se coloca de modo que pueda interactuar de manera adecuada con el fotón.Los investigadores lograron interacciones ultrafuertes mediante la adición de otro componente superconductor en su circuito, una unión llamada de Josephson.
La fuerza de interacción medida es hasta el doce por ciento de la frecuencia del resonador. Esto hace que sea diez veces más potentes que los efectos anteriormente medibles en los sistemas del circuito QED y miles de veces más fuerte que en una cavidad resonante verdadera. Sin embargo, junto con su éxito los investigadores también crearon un nuevo problema: hasta ahora, la teoría de Jaynes-Cummings desarrollada en 1963 fue capaz de describirmuy bien todos los efectos observados. Sin embargo, no parece aplicarse al ámbito de interacciones ultrafuertes. «La visualización de los espectros son como de un tipo completamente nuevo de objeto», dice el profesor Gross. «El acoplamiento es tan fuerte que los pares de fotón-átomo deben ser vistos como una nueva unidad, un tipo de molécula que incluye un átomo y un fotón».
Físicos teóricos y experimentales necesitarán algún tiempo para examinarlo más de cerca. Sin embargo, los nuevos avances experimentales en este dominio ya están proporcionando a los investigadores toda una serie de nuevas opciones de experimentación. La manipulación selectiva de estos pares de fotón-átomo podría ser la clave para el procesamiento de información cuántica basada en los ordenadores cuánticos que sería muy superior a las computadoras de hoy.
Fuente: EurekAlert!
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