Nanotechnology Now – Comunicado de prensa: Nodos cuánticos con átomos calientes

Nanotechnology Now – Comunicado de prensa: Nodos cuánticos con átomos calientes


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Una partícula de luz de la fuente de fotones individuales (abajo) se almacena en la celda de vapor (arriba).  Un segundo fotón emitido al mismo tiempo es detectado por un detector (derecha), que activa el pulso láser de control y, por lo tanto, inicia el proceso de almacenamiento.  CRÉDITO Departamento de Física, Universidad de Basilea
Una partícula de luz de la fuente de fotones individuales (abajo) se almacena en la celda de vapor (arriba). Un segundo fotón emitido al mismo tiempo es detectado por un detector (derecha), que activa el pulso láser de control y, por lo tanto, inicia el proceso de almacenamiento. CRÉDITO Departamento de Física, Universidad de Basilea

Resumen:
Las redes de comunicación necesitan nodos donde la información sea procesada o redirigida. Físicos de la Universidad de Basilea ahora han desarrollado un nodo de red para redes de comunicación cuántica que puede almacenar fotones individuales en una celda de vapor y luego enviarlos.

Nodos de rejilla cuántica con átomos cálidos

Basilea, Suiza | Publicado el 24 de junio de 2022

En las redes de comunicación cuántica, la información se transmite mediante partículas de luz individuales (fotones). Se requieren elementos amortiguadores en los nodos de dicha red, que almacenan temporalmente la información cuántica contenida en los fotones y luego pueden transmitirlos nuevamente.

Investigadores de la Universidad de Basilea en el grupo del Prof. Philipp Treutlein ahora han desarrollado una memoria cuántica basada en un gas atómico en una celda de vidrio. Los átomos no necesitan refrigeración adicional, lo que hace que la memoria sea fácil de fabricar y versátil, incluso para aplicaciones satelitales. Además, los investigadores crearon una fuente de un solo fotón con la que pudieron probar la calidad y el tiempo de almacenamiento de la memoria cuántica. Sus resultados fueron publicados recientemente en la revista PRX Quantum.

Átomos calientes en celdas de vapor

«La idoneidad de los átomos calientes en las celdas de vapor para el almacenamiento cuántico se ha estudiado durante veinte años», dice Gianni Buser, quien trabajó en el experimento como estudiante de doctorado. “Sin embargo, generalmente se usaban rayos láser debilitados y, por lo tanto, luz clásica”. Con la luz clásica, la cantidad de fotones que golpean la celda de vapor en un cierto período de tiempo sigue una distribución estadística; en promedio es un fotón, pero a veces pueden ser dos, tres o ninguno.

Para probar la memoria cuántica con «luz cuántica», es decir, siempre exactamente un fotón, Treutlein y sus colegas han desarrollado una fuente de fotón único dedicada que emite exactamente un fotón a la vez. El momento en que esto sucede es anunciado por un segundo fotón, que siempre se emite al mismo tiempo que el primero. Esto permite que la memoria cuántica se active en el momento adecuado.

Luego, el fotón único se dirige a la memoria cuántica, donde el fotón lleva más de mil millones de átomos de rubidio a un estado de superposición de dos posibles niveles de energía de los átomos con la ayuda de un rayo láser de dirección. El fotón mismo desaparece, pero la información que contiene se convierte en el estado de superposición de los átomos. Un pulso corto del láser de control puede leer esta información después de un cierto tiempo de almacenamiento y convertirla nuevamente en un fotón.

Reducción del ruido de lectura

«Hasta ahora, un punto crítico ha sido el ruido: la luz adicional que se produce durante la lectura y puede afectar la calidad del fotón», explica Roberto Mottola, otro estudiante de doctorado en el grupo de trabajo de Treutlein. Con algunos trucos, los físicos pudieron reducir este ruido hasta tal punto que la calidad del fotón único seguía siendo alta después de tiempos de almacenamiento de varios cientos de nanosegundos.

«Estos tiempos de almacenamiento no son muy largos y no los hemos optimizado para este estudio», dice Treutlein, «pero ya son más de cien veces más largos que la duración del pulso de un solo fotón almacenado». Esto significa que la memoria cuántica desarrollada por los investigadores de Basilea ya se puede utilizar para aplicaciones interesantes. Por ejemplo, puede sincronizar fotones únicos generados aleatoriamente, que luego se pueden usar en varias aplicaciones de información cuántica.

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contactos:
Angélica Jacobs
Universidad de Basilea

Oficina: 41-612-076-304

contacto experto

Felipe Treutlein
Universidad de Basilea

Copyright © Universidad de Basilea

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