Por primera vez, un equipo internacional dirigido por ingenieros de Caltech ha desarrollado un chip de computadora con memoria cuántica óptica a nanoescala.
La memoria cuántica almacena información de manera similar a la memoria de la computadora tradicional, pero en partículas cuánticas individuales, en este caso, fotones de luz. Esto le permite aprovechar las características peculiares de la mecánica cuántica como la superposición, en el que un elemento cuántico puede existir en dos estados distintos simultáneamente para almacenar datos de manera más eficiente y segura
"Tal dispositivo es un componente esencial para el desarrollo futuro de redes cuánticas ópticas que podrían usarse para transmitir información cuántica", dice Andrei Faraon BS '04, profesor asistente de física aplicada y ciencia de materiales en la División de Ingenieríay Ciencias Aplicadas en Caltech, y el autor correspondiente de un artículo que describe el nuevo chip.
El estudio apareció en línea antes de su publicación por ciencia revista el 31 de agosto.
"Esta tecnología no solo conduce a una miniaturización extrema de los dispositivos de memoria cuántica, sino que también permite un mejor control de las interacciones entre fotones y átomos individuales", dice Tian Zhong, autor principal del estudio y académico postdoctoral de Caltech. Zhong también es unprofesor asistente de ingeniería molecular en funciones en la Universidad de Chicago, donde establecerá un laboratorio para desarrollar tecnologías fotónicas cuánticas en marzo de 2018.
El uso de fotones individuales para almacenar y transmitir datos ha sido durante mucho tiempo un objetivo de ingenieros y físicos debido a su potencial para transportar información de manera confiable y segura. Debido a que los fotones carecen de carga y masa, pueden transmitirse a través de una red de fibra óptica con un mínimointeracciones con otras partículas.
El nuevo chip de memoria cuántica es análogo a un chip de memoria tradicional en una computadora. Ambos almacenan información en un código binario. Con la memoria tradicional, la información se almacena activando o desactivando miles de millones de pequeños interruptores electrónicos, lo que representa un 1 oa 0. Ese 1 o 0 se conoce como bit. Por el contrario, la memoria cuántica almacena información a través de las propiedades cuánticas de partículas elementales individuales en este caso, una partícula de luz. Una característica fundamental de esas propiedades cuánticas, que incluyen la polarizacióny momento angular orbital: es que pueden existir en varios estados al mismo tiempo. Esto significa que un bit cuántico conocido como qubit puede representar un 1 y un 0 al mismo tiempo.
Para almacenar fotones, el equipo de Faraon creó módulos de memoria utilizando cavidades ópticas hechas de cristales dopados con iones de tierras raras. Cada módulo de memoria es como una pista de carreras en miniatura, que mide solo 700 nanómetros de ancho por 15 micras de largo, en la escala de un rojocélulas sanguíneas. Cada módulo se enfrió a aproximadamente 0,5 Kelvin, justo por encima del Absoluto Cero 0 Kelvin, o -273,15 grados Celsius, y luego un láser muy filtrado bombeó fotones individuales en los módulos. Cada fotón fue absorbido eficientemente poriones de la tierra con la ayuda de la cavidad.
Los fotones se liberaron 75 nanosegundos más tarde y se verificaron para ver si habían retenido fielmente la información registrada en ellos. Noventa y siete por ciento de las veces, lo hicieron, dice Faraon.
A continuación, el equipo planea extender el tiempo en que la memoria puede almacenar información, así como su eficiencia. Para crear una red cuántica viable que envíe información a lo largo de cientos de kilómetros, la memoria deberá almacenar datos con precisión para al menos unomilisegundos. El equipo también planea trabajar en formas de integrar la memoria cuántica en circuitos más complejos, dando los primeros pasos para implementar esta tecnología en redes cuánticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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