Físicos de la Universidad de Bath (Reino Unido) han desarrollado una nueva generación de fibras ópticas especializadas para abordar los desafíos de la transferencia de datos en la futura era de la computación cuántica.
Las tecnologías cuánticas prometen proporcionar una potencia informática incomparable, lo que nos permitirá resolver problemas lógicos complejos, desarrollar nuevos fármacos y proporcionar técnicas criptográficas irrompibles para comunicaciones seguras. Sin embargo, las redes de cable que se utilizan actualmente para la transmisión global de datos pueden no ser óptimas para la comunicación cuántica debido a su núcleo rígido de fibras ópticas.
A diferencia de las fibras ópticas normales, las fibras especiales hechas de baño tienen un núcleo microestructurado, que contiene un patrón intrincado de bolsas de aire que recorren toda la longitud de la fibra.
“Las fibras ópticas convencionales, los caballos de batalla de nuestras redes de telecomunicaciones actuales, transmiten luz en longitudes de onda que están completamente controladas por la pérdida de vidrio de sílice. Sin embargo, estas longitudes de onda son incompatibles con las longitudes de onda operativas de fuentes de fotón único, qubits y materiales ópticos activos. , para tecnologías cuánticas basadas en la luz necesarias.” dijo la Dra. Kristina Rousimova del Departamento de Física de Bath.
La Dra. Rusimova y sus colegas describen las fibras de última generación desarrolladas en Bath, junto con otros desarrollos recientes y futuros en el campo emergente de la computación cuántica, en un artículo académico publicado hoy. Artículos de física cuántica aplicada.
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 las fibras ópticas que estamos desarrollando recuerdan a las computadoras cuánticas”. son la base de las necesidades de transmisión de datos del mañana”.
Entrelazamiento cuántico
La luz es un medio prometedor para la computación cuántica. Las partículas individuales de luz, llamadas fotones, poseen ciertas propiedades cuánticas únicas que pueden ser explotadas por la tecnología cuántica.
Un ejemplo de ello es el entrelazamiento cuántico, donde dos fotones separados por una gran distancia no sólo transportan información entre sí sino que pueden afectar instantáneamente las propiedades de cada uno. A diferencia de los bits binarios (uno o cero) de las computadoras clásicas, tanto los unos como los ceros pueden existir al mismo tiempo, liberando una enorme cantidad de poder computacional.
El Dr. Cameron McGarry, hasta hace poco físico en Bath y primer autor del artículo, dijo: “Una Internet cuántica es un componente esencial para cumplir la enorme promesa de estas tecnologías cuánticas emergentes.
“Al igual que la Internet actual, una Internet cuántica dependerá de fibras ópticas para transmitir información de nodo a nodo. Estas fibras ópticas pueden ser muy diferentes de las que se utilizan actualmente y requerirán diferentes tecnologías de soporte para que sean útiles”.
En su enfoque, los investigadores discuten los desafíos asociados con Internet cuántico desde la perspectiva de la tecnología de fibra óptica y presentan una serie de posibles soluciones para la escalabilidad de una red cuántica robusta y a gran escala.
Esto incluye tanto fibra que se utilizará para comunicaciones de largo alcance como fibra especializada que permitirá repetidores cuánticos, integrados directamente en la red para ampliar la distancia sobre la que puede operar esta tecnología.
Cruzar el nodo de conexión
También describen cómo las fibras ópticas especiales pueden ir más allá de los nodos de conexión de una red para implementar computación cuántica en nodos con fotones individuales atrapados entre ellos, actuando como recipientes fuente para convertidores cuánticos de longitud de onda, interruptores de baja pérdida o memorias cuánticas.
El Dr. McGarry dijo: “A diferencia de las fibras ópticas utilizadas estándar para las telecomunicaciones, las fibras especiales que se fabrican habitualmente en el baño tienen un núcleo microestructurado, con un patrón complejo de bolsas de aire que recorren toda la longitud de la fibra.
“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, cambiar el color de los fotones o incluso atrapar átomos individuales dentro de la fibra”.
“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 describe el apasionante progreso 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 confinar firmemente la luz y transportarla a largas distancias lo que las hace útiles.
“Además de crear fotones entrelazados, esto nos permite crear estados cuánticos de luz más exóticos con aplicaciones en computación cuántica, detección de precisión y cifrado de mensajes impenetrables”.
La ventaja cuántica (la capacidad de un dispositivo cuántico para realizar una tarea de manera más eficiente que una computadora convencional) aún no se ha demostrado de manera concluyente. Los desafíos técnicos identificados en la perspectiva pueden abrir nuevas vías de investigación cuántica y acercarnos 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.