Un equipo de físicos teóricos de RIKEN ha propuesto una nueva forma de lograr la sincronización cuántica unidireccional de fonones, partículas asociadas con el sonido. El método destaca porque sigue siendo muy eficaz incluso frente a desafíos del mundo real, como imperfecciones de fabricación y ruido ambiental.
Muchas tecnologías modernas se basan en componentes que se comportan como calles de un solo sentido. Estos dispositivos permiten que las partículas o señales se muevan libremente en una dirección y restringen en gran medida el movimiento en la dirección opuesta. Conocidos como elementos no alternativos, se utilizan ampliamente en sistemas ópticos y de microondas para reducir las señales directas y los reflejos no deseados.
“Los elementos no alternativos permiten que la señal viaje por el camino deseado, mientras que decaen fuertemente en la dirección opuesta”, señala Franco Nori del Centro RIKEN de Computación Cuántica (RQC). “Esta capacidad encuentra aplicaciones que van desde el procesamiento de señales hasta el encubrimiento de invisibilidad”.
Sincronización cuántica unidireccional
Los investigadores llevan mucho tiempo intentando crear un fenómeno relacionado conocido como sincronización cuántica no recíproca. En este proceso, dos sistemas cuánticos se sincronizan cuando la información fluye en una dirección, pero la sincronización no ocurre en la dirección opuesta.
A pesar del considerable interés, ha resultado difícil desarrollar una forma práctica de lograr este efecto. En general, las propuestas anteriores han sido vulnerables a diversas limitaciones que dificultan la implementación en el mundo real.
“Las tecnologías cuánticas prácticas se enfrentan a desafíos críticos derivados de imperfecciones aleatorias de fabricación y ruido ambiental”, señala Adam Miranowicz, también de RQC. “Estos factores suprimen profundamente, o incluso destruyen por completo, las propiedades cuánticas en los métodos convencionales”.
Nuevos métodos superan el ruido y las imperfecciones
En un nuevo estudio teórico, Norrie, Miranowicz y Deng-Gao Lai han desarrollado una técnica que permite la sincronización cuántica no recíproca de fonones y evita muchos de los obstáculos que obstaculizaban los métodos anteriores.
“Este desarrollo sienta una nueva base para la futura aplicabilidad práctica de hacer que los recursos cuánticos no recíprocos pasen de frágiles a robustos”, dijo Norrie.
Su técnica combina dos efectos cuánticos separados en una sola estructura. Con este método, los fonones se sincronizan cuando se aplica luz o un campo magnético desde una dirección, pero la sincronización no se produce cuando la misma influencia proviene de la dirección opuesta.
Increíble robustez para la tecnología cuántica
Los investigadores quedaron especialmente sorprendidos por la resistencia que demostró ser el sistema.
“Nos emocionó descubrir que la sincronización cuántica persiste incluso en presencia de imperfecciones sustanciales y ruido”, dijo Lai. “Antes se pensaba que esto era imposible sin emplear complejos esquemas de seguridad”.
El equipo cree que los hallazgos podrían ayudar a avanzar en los planes para desarrollar tecnología cuántica práctica y continuar explorando el concepto.
“Al permitir una sincronización cuántica no recíproca robusta, nuestra investigación allana el camino para crear procesadores cuánticos más confiables y recursos cuánticos seguros”, comentó Lai. “Ahora planeamos explorar aplicaciones en redes cuánticas y procesamiento de información cuántica resistente a fallas”.
