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Crean el primer generador láser de fotones individuales a demanda

Es un circuito integrado de fotones únicos que allana el camino hacia el ordenador cuántico


Físicos polacos han creado el primer generador láser de fotones individuales, basado en la memoria cuántica holográfica, capaz de producir simultáneamente grupos de hasta 60 fotones únicos. Es una especie de "circuito integrado" que funciona con fotones únicos. Láseres más potentes pueden producir simultáneamente hasta miles de fotones, según sus creadores. Un nuevo paso hacia el ordenador cuántico.




El dispositivo. FUW,Mateusz Mazelanik.
El dispositivo. FUW,Mateusz Mazelanik.
Científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia han desarrollado un generador láser de fotones individuales basado en la memoria cuántica holográfica que lanza fotones por grupos de varias decenas. El dispositivo supera uno de los obstáculos fundamentales para la construcción de un ordenador cuántico.

La comunicación cuántica de alta velocidad, o incluso un modelo de ordenador cuántico, puede estar entre las posibles aplicaciones de esta nueva fuente de fotones únicos, según sus creadores.

"Comparado con las soluciones e ideas anteriores, nuestro dispositivo es mucho más eficiente y permite la integración a mayor escala. En el sentido funcional, se puede incluso pensar en él como el primer equivalente de un pequeño "circuito integrado" que funciona con fotones únicos", explica el Dr. Wojciech Wasilewski (UW Physics), uno de los autores de un artículo publicado en Physical Review Letters.

Este descubrimiento permitirá efectuar cálculos cuánticos más complejos que los realizados con un solo fotón y representa un avance significativo en el campo de la comunicación cuántica, según se explica en un comunicado de la citada universidad.

La innovación deriva de un protocolo propuesto en 2013 por un equipo de físicos de las universidades de Oxford y Londres. Este protocolo permite producir simultáneamente hasta 10 fotones.

Los científicos polacos han modificado este protocolo y le han añadido el generador láser de fotones únicos basado en la memoria cuántica holográfica. De esta forma, han podido producir simultáneamente grupos de hasta 60 fotones únicos.
 

Llegar a miles de fotones

Las simulaciones desarrolladas por estos investigadores han demostrado que un instrumento dotado de láseres más potentes pueden producir simultáneamente hasta miles de fotones.

El dispositivo experimental está situado sobre una mesa óptica de dos metros cuadrados. La memoria cuántica que origina la producción de fotones se encuentra en el interior de un cilindro de plexiglás de 2,5 centímetros de diámetro y 10 centímetros de alto.

El cilindro está lleno de pares de átomos de rubidio 87Rb. Los fotones individuales son colocados, almacenados, analizados y leídos, uno a uno, en una parte diferente del cilindro.

La escritura y la lectura de la memoria se realiza con la ayuda de un rayo láser. Los fotones sólo se pueden almacenar decenas de microsegundos en el interior del cilindro, lo que permite efectuar algunas operaciones cuánticas de nanosegundos.

"Toda nuestra instalación experimental ocupa aproximadamente dos metros cuadrados de nuestra superficie de mesa óptica. Pero los acontecimientos más importantes tienen lugar en la propia memoria, en un cilindro de vidrio de aproximadamente 10 cm de longitud y con un diámetro de 2,5 cm. Cualquier persona que pueda esperar ver dentro del cilindro un diseño sofisticado digno de un circuito integrado de semiconductor quedará muy decepcionado: el interior de una celda está lleno sólo de pares de átomos de rubidio 87Rb a 60-80 grados Celsius ", explica Michal Dabrowski, un Estudiante de doctorado en UW Physics.

Referencia

High-Capacity Angularly Multiplexed Holographic Memory Operating at the Single-Photon Level. Physical Review Letters 118, 063603 (2017); DOI: 10.1103/PhysRevLett.118.063603


 

Miércoles, 1 de Marzo 2017
Redacción T21
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