Ciencias

Enredando más de una docena de fotones de manera eficiente y definida

El entrelazamiento juega un papel crucial en la ciencia de la información cuántica. Se puede usar en una computadora cuántica que puede realizar muchas operaciones matemáticas simultáneamente. Para usar una computadora cuántica de manera eficiente, muchas partículas entrelazadas deben trabajar juntas. Son los elementos esenciales para los cálculos, los llamados qubits.

Un equipo de físicos de Instituto Max Planck de Quantum Optics en Garching ha demostrado ahora, por primera vez, esta tarea con fotones emitidos por un solo átomo. Pueden generar hasta 14 fotones entrelazados en un resonador óptico, que pueden cebarse en estados físicos cuánticos específicos de una manera dirigida y muy eficiente. El nuevo método podría permitir la construcción de computadoras cuánticas potentes y robustas y servir para la transmisión segura de datos en el futuro.

Esta es la primera vez que el equipo genera hasta 14 fotones entrelazados definida y con alta eficiencia.

Philip Thomas, estudiante de doctorado en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) en Garching, cerca de Múnich, dijo: “El truco de este experimento fue que usamos un solo átomo para emitir los fotones y entrelazarlos de una manera muy específica. Para hacer esto, colocamos un átomo de rubidio en el centro de una cavidad óptica, una cámara de eco para ondas electromagnéticas. El estado del átomo se puede aproximar con precisión con luz láser de cierta frecuencia. Usando un pulso de control adicional, los investigadores también activaron específicamente la emisión de un fotón entrelazado con el estado cuántico del átomo”.

“Este proceso lo repetimos varias veces y de una forma previamente determinada. En el medio, el átomo fue manipulado de cierta manera, en la jerga técnica: girado. De esta manera, fue posible crear una cadena de hasta 14 partículas ligeras enredadas por rotaciones atómicas y llevadas al estado deseado”.

«Hasta donde sabemos, las 14 partículas de luz interconectadas son la mayor cantidad de fotones entrelazados generados en el laboratorio hasta ahora».

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“Debido a que la cadena de fotones surgió de un solo átomo, se puede producir de manera determinista. Esto significa: que, en principio, cada pulso de control entrega un fotón con las propiedades deseadas. Hasta ahora, el entrelazamiento de fotones generalmente ocurría en cristales no lineales especiales. La desventaja: las partículas de luz se crean al azar y de una manera que no se puede controlar. Esto también limita la cantidad de partículas agrupadas en un estado colectivo”.

El método que utilizaron los científicos permite generar cualquier cantidad de fotones entrelazados. También es eficiente: probamos la eficiencia de casi el 50% midiendo la cadena de fotones producidos.

Tomás dijo, «Eso significa: casi cada segundo ‘presionar un botón’ en el átomo de rubidio proporcionó una partícula de luz utilizable, mucho más de lo que se logró en experimentos anteriores».

El director Gerhard Rempe dijo: “En resumen, nuestro trabajo elimina un obstáculo de larga data en el camino a escalable, basado en la medición. computación cuántica.”

Los investigadores del MPQ quieren deshacerse de otro obstáculo más. Por ejemplo, se necesitarían dos átomos como fuentes de fotones en el resonador para operaciones informáticas complejas. Hay un estado de cúmulo bidimensional, según los físicos cuánticos.

Felipe Tomas dijo: “Ya estamos trabajando para resolver esta tarea”.

Referencia del periódico:

  1. Thomas, P., Ruscio, L., Morin, O. et al. Generación eficiente de estados de gráficos multifotónicos entrelazados a partir de un solo átomo. Naturaleza 608, 677-681 (2022). DUELE: 10.1038/s41586-022-04987-5

Prudencia Febo

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