La comunicación cuántica y la criptografía son el futuro de la comunicación de alta seguridad. Pero hay muchos desafíos por delante antes de que se pueda establecer una red cuántica mundial, incluida la propagación de la señal cuántica a largas distancias. Uno de los principales desafíos es crear recuerdos con elcapacidad para almacenar información cuántica transportada por la luz. Investigadores de la Universidad de Ginebra UNIGE, Suiza, en asociación con CNRS, Francia, han descubierto un nuevo material en el que un elemento, el iterbio, puede almacenar y proteger la información cuántica frágil incluso mientrasoperando a altas frecuencias. Esto hace que el iterbio sea un candidato ideal para futuras redes cuánticas, donde el objetivo es propagar la señal a largas distancias actuando como repetidores. Estos resultados se publican en la revista Materiales de la naturaleza .
La criptografía cuántica utiliza hoy fibra óptica durante varios cientos de kilómetros y está marcada por su alto grado de seguridad: es imposible copiar o interceptar información sin hacerla desaparecer.
Sin embargo, el hecho de que sea imposible copiar la señal también evita que los científicos la amplifiquen para difundirla a largas distancias, como es el caso de la red Wi-Fi.
Encontrar el material adecuado para producir recuerdos cuánticos
Dado que la señal no puede copiarse o amplificarse sin que desaparezca, los científicos están trabajando actualmente en cómo crear memorias cuánticas capaces de repetirlas capturando los fotones y sincronizándolos para que puedan difundirse más y más. Todo lo que queda es encontrarel material adecuado para crear estas memorias cuánticas. "La dificultad es encontrar un material capaz de aislar la información cuántica transmitida por los fotones de las perturbaciones ambientales para que podamos retenerlos durante un segundo y sincronizarlos", explica Mikael Afzelius., un investigador del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE. "¡Pero un fotón recorre alrededor de 300,000 km en un segundo!" Esto significaba que los físicos y los químicos tuvieron que desenterrar un material que está muy bien aislado de las perturbaciones pero aún capazde operar a altas frecuencias para que el fotón pueda almacenarse y restaurarse rápidamente, dos características que a menudo se consideran incompatibles.
Un "punto de inflexión" para el "santo grial" de las tierras raras
Aunque ya existen prototipos de memoria cuántica probados en laboratorio, incluidos los basados en tierras raras como el europio o el praseodimio, su velocidad aún no es lo suficientemente alta ". Entonces, dirigimos nuestro interés a una tierra rara de la tabla periódica que solo teníaHasta ahora recibió poca atención: iterbio ", explica Nicolas Gisin, profesor del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de UNIGE y fundador de ID Quantique." Nuestro objetivo era encontrar el material ideal para hacer repetidores cuánticos, lo que implica aislar átomos desu entorno, que tiende a perturbar la señal ", agrega el profesor Gisin. ¡Y este parece ser el caso del iterbio!
Los físicos de UNIGE y CNRS descubrieron que, al someter esta tierra rara a campos magnéticos muy precisos, el átomo de tierra rara entra en un estado de insensibilidad que lo separa de las perturbaciones en su entorno, haciendo posible atrapar el fotón para quese puede sincronizar. "Encontramos un 'punto mágico' variando la amplitud y la dirección del campo magnético", dicen Alexey Tiranov, investigador del Departamento de Física Aplicada de la UNIGE, y Philippe Goldner, investigador de la investigación de Chimie Paris.instituto: "Cuando se alcanza este punto, los tiempos de coherencia de los átomos de iterbio se incrementan en un factor de 1,000, ¡mientras se trabaja a altas frecuencias!"
Los beneficios del iterbio
Los físicos ahora están en el proceso de construir memorias cuánticas basadas en iterbio que pueden usarse para hacer transiciones rápidamente de un repetidor a otro mientras retienen el fotón durante el mayor tiempo posible para permitir la sincronización necesaria ". Este material abre unnuevo campo de posibilidades para crear una red cuántica global; también subraya la importancia de llevar a cabo una investigación fundamental en paralelo con más investigación aplicada, como el diseño de una memoria cuántica ", concluye Afzelius.
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Materiales proporcionados por Universidad de Ginebra . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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