Un equipo internacional de investigadores, entre ellos científicos de la Universidad de Paderborn, ha alcanzado un hito importante en el camino hacia la Internet cuántica. Por primera vez, teletransportaron con éxito el estado de polarización de un solo fotón de un punto cuántico a otro que estaba físicamente separado. En términos simples, esto significa que las propiedades de un fotón se transfirieron a otro mediante teletransportación cuántica.
Este logro es un paso clave para las futuras redes de comunicación cuántica. En el experimento, los investigadores utilizaron un enlace óptico de espacio libre de 270 m para conectar los sistemas. Los resultados se publican en la revista. comunicación de la naturaleza.
Una década de colaboración da sus frutos
En la Universidad de Paderborn, investigadores doctorales y postdoctorales trabajan desde hace casi diez años en mediciones ópticas, análisis de datos y evaluación. Durante este tiempo, el equipo del profesor Klaus Jones colaboró estrechamente con un equipo dirigido por el profesor Rinaldo Trotta de la Universidad Sapienza de Roma.
“El experimento demuestra de manera impresionante que las fuentes de luz cuánticas basadas en puntos cuánticos semiconductores pueden servir como tecnología clave para futuras redes de comunicación cuántica. El exitoso teletransporte cuántico entre dos emisores cuánticos independientes representa un paso importante hacia relés cuánticos escalables y, por lo tanto, ilustra la dirección práctica de la aplicación práctica de Internet. El grupo de investigación ‘Hybrid Photonics Quantum Devices’ y miembro de la junta directiva del Instituto de Sistemas Fotónicos Cuánticos (PhoQS) de la Universidad de Paderborn.
Por qué el entrelazamiento es importante para la comunicación cuántica
Los sistemas entrelazados compuestos de múltiples partículas cuánticas ofrecen importantes ventajas para la tecnología de la comunicación. En lugar de depender de un único estado determinado por un único fotón, estos sistemas crean estados interconectados a través de múltiples partículas. Este enfoque es esencial para aplicaciones de comunicación segura, procesamiento de datos y computación cuántica.
El entrelazamiento combina ciertas propiedades de los fotones, permitiéndoles compartir información. Un estado representa una unidad de información a procesar. “Anteriormente, estos fotones procedían de la misma fuente, es decir, del mismo emisor. Aunque en los últimos años se han logrado avances significativos, utilizar emisores cuánticos individuales para implementar un relé cuántico entre partes independientes estaba fuera de nuestro alcance”, señaló el profesor Johns.
Estrategia a largo plazo y tecnología avanzada.
Hace unos diez años, los profesores Johns y Trotta esbozaron un plan para utilizar puntos cuánticos como fuente de pares de fotones entrelazados en sistemas de comunicación y teletransportación. Su último éxito confirma que este enfoque a largo plazo ha funcionado.
“Este resultado muestra que nuestro plan estratégico a largo plazo ha dado sus frutos”, afirmó el profesor Johns, y añadió: “La combinación de una excelente ciencia de materiales, nanofabricación y tecnología cuántica óptica fue clave para nuestro éxito”.
La cooperación a nivel europeo permite obtener resultados precisos
El éxito depende de la contribución de diferentes centros de investigación de toda Europa. Los puntos cuánticos fueron diseñados con precisión en la Universidad Johannes Kepler de Linz, mientras que la nanofabricación del resonador la llevaron a cabo socios de la Universidad de Würzburg. Los experimentos de teletransportación se llevaron a cabo en la Universidad Sapienza de Roma, donde los científicos conectaron los dos edificios mediante un enlace óptico de espacio libre de 270 m.
El sistema utiliza sincronización asistida por GPS, detectores ultrarrápidos de fotón único y métodos de estabilización para hacer frente a las turbulencias atmosféricas. La fidelidad del estado de teletransportación lograda (es decir, la calidad con la que se conservan los estados cuánticos durante la teletransportación) alcanzó el 82 ± 1%, superando el límite clásico en más de 10 desviaciones estándar.
Siguiente paso: construir un relé cuántico
Este logro abre la puerta al siguiente objetivo: demostrar el “intercambio de entrelazamiento” entre dos puntos cuánticos. Lograr esto crearía el primer relé cuántico utilizando dos fuentes deterministas de pares de fotones entrelazados. Las fuentes deterministas pueden producir fotones individuales de manera confiable casi según demanda, aunque desarrollarlos ha sido un gran desafío.
Avances paralelos en la investigación cuántica de potencia
Casi al mismo tiempo, otro equipo de investigación de Stuttgart y Saarbrucken informó de un logro similar utilizando la conversión de frecuencia. En conjunto, estos resultados marcan un hito importante para la investigación cuántica en Europa y acercan la visión de una Internet cuántica funcional a la realidad.
