Físicos de la Universidad de Bath en el Reino Unido han desarrollado una nueva generación de fibras ópticas especializadas para abordar los desafíos de transferencia de datos que se esperan en la futura era de la computación cuántica.
Las tecnologías cuánticas prometen ofrecer una potencia computacional sin precedentes, lo que nos permitirá resolver problemas lógicos complejos, desarrollar nuevos fármacos y proporcionar técnicas criptográficas irrompibles para una comunicación segura. Sin embargo, las redes de cable utilizadas hoy en día para transmitir información en todo el mundo probablemente sean las más optimizadas para las comunicaciones cuánticas debido al núcleo sólido de sus fibras ópticas.
A diferencia de las fibras ópticas normales, las fibras especiales fabricadas en Bath tienen un núcleo microestructurado, con un patrón complejo de bolsas de aire que se extienden a lo largo de toda la fibra.
“Las fibras ópticas tradicionales, que hoy son los caballos de batalla de nuestras redes de telecomunicaciones, transmiten luz en longitudes de onda que superan por completo las pérdidas del vidrio de sílice. Sin embargo, estas longitudes de onda son las longitudes de onda operativas de fuentes de fotón único. Son incompatibles con ondas, qubits y componentes ópticos activos, que son necesarios para las tecnologías cuánticas basadas en la luz”. La Dra. Kristina Rosimova, del Departamento de Física de Bath, dijo:
En un artículo académico publicado hoy, la Dra. Rusimova y sus colegas describen las últimas fibras fabricadas en Bath, junto con otros desarrollos recientes y futuros en el campo emergente de la computación cuántica. Letras de Física Aplicada Cuántica.
La Dra. Rusimova, autora principal del artículo, conocido como Perspectiva, añadió: “El diseño y la fabricación de fibras ópticas están a la vanguardia de la investigación del Departamento de Física de la Universidad de Bath, y avanzamos con las fibras. Las computadoras cuánticas en mente están sentando las bases”. base para las necesidades de transmisión de datos del mañana”.
Entrelazamiento cuántico
La luz es una herramienta prometedora para la computación cuántica. Las partículas individuales de luz, llamadas fotones, tienen algunas propiedades cuánticas únicas que pueden explotarse mediante tecnologías cuánticas.
Un ejemplo de ello es el entrelazamiento cuántico, en el que dos fotones separados por una gran distancia no sólo transportan información entre sí sino que también pueden afectar instantáneamente las propiedades de cada uno. A diferencia de los bits binarios de las computadoras clásicas (ya sea un uno o un cero), los pares de fotones entrelazados pueden existir como unos y ceros simultáneamente, lo que libera un enorme poder computacional.
El Dr. Cameron McGarry, físico recientemente en Bath y primer autor del artículo, dijo: “La Internet cuántica es un componente esencial para hacer realidad las vastas promesas de esta tecnología cuántica emergente.
“Al igual que la Internet actual, una Internet cuántica dependerá de fibras ópticas para transmitir información de nodo a nodo. Estas fibras ópticas serán muy diferentes de las que se utilizan actualmente y requerirán diferentes tecnologías de soporte para ser útiles”.
En su enfoque, los investigadores discuten los desafíos asociados con la Internet cuántica desde la perspectiva de la tecnología de fibra óptica y presentan una variedad de soluciones potenciales para la escalabilidad de una red cuántica robusta y a gran escala.
Esto incluye tanto fibras que se utilizarán para comunicaciones de larga distancia como fibras especiales que permitirán repetidores cuánticos, que se integrarán directamente en la red para ampliar la distancia a la que puede transmitir la tecnología.
más allá de los nodos de conexión
También describen cómo las fibras ópticas especializadas pueden ir más allá de conectar nodos en una red para implementar computación cuántica en los propios nodos utilizando fotones individuales entrelazados, convertidores de longitud de onda cuántica, interruptores de baja pérdida o memorias cuánticas que pueden servir como fuentes de recipientes.
El Dr. McGarry dijo: “A diferencia de las fibras ópticas que se utilizan habitualmente para las telecomunicaciones, las fibras especiales que se producen habitualmente en Bath tienen un núcleo microestructurado, y la fibra tiene un patrón complejo de bolsas de aire que se extienden a lo largo de toda su longitud.
“El patrón de estas bolsas de aire es lo que permite a los investigadores manipular las propiedades de la luz dentro de la fibra y crear pares de fotones entrelazados, cambiar el color de los fotones o atrapar átomos individuales dentro de las fibras”.
“Investigadores de todo el mundo están logrando avances rápidos y emocionantes en las capacidades de las fibras ópticas microestructuradas que son de interés para la industria”, afirmó el Dr. Kerryon Harrington, investigador postdoctoral en el Departamento de Física.
“Nuestro enfoque ilustra el apasionante desarrollo de estas nuevas fibras y cómo pueden ser beneficiosas para futuras tecnologías cuánticas”.
El Dr. Alex Davies, becario de aceleración de portadores cuánticos del EPSRC en Bath, añadió: “Es la capacidad de las fibras para atrapar firmemente la luz y transmitirla a largas distancias lo que las hace útiles.
“Además de generar fotones entrelazados, esto nos permite crear estados cuánticos de luz más exóticos con aplicaciones en computación cuántica, detección de precisión y cifrado de mensajes irrompibles”.
La ventaja cuántica (la capacidad de un dispositivo cuántico para realizar tareas de manera más eficiente que una computadora convencional) aún no se ha demostrado de manera concluyente. Es probable que los desafíos técnicos identificados en el enfoque abran nuevas vías de investigación cuántica y nos acerquen a lograr este importante hito. Se espera que las fibras ópticas construidas en Bath ayuden a sentar las bases de las computadoras cuánticas del mañana.
El equipo de investigadores de Bath incluía al profesor titular Dr. Peter Moseley.
