En el INRS, el descubrimiento de una red fotónica sintética capaz de crear y manipular el estado cuántico de la luz ofrece posibilidades prometedoras para aplicaciones que van desde la computación cuántica hasta protocolos de comunicación cuánticos seguros.
Un estudio codirigido por el profesor Roberto Morandotti del Institut National de la Recherche Scientifique (INRS), en colaboración con equipos de Alemania, Italia y Japón, abre la puerta a soluciones de vanguardia que pueden contribuir a la realización de un sistema capaz de procesar información cuántica de una manera simple pero poderosa.
Su trabajo, publicado en la revista Fotónica de la naturalezapresenta un método para manipular los estados fotónicos de la luz de una manera nunca antes vista, proporcionando un mayor control sobre la evolución de la propagación de fotones. Este control permite mejorar la detección y el conteo de coincidencias de fotones, así como la eficiencia del sistema.
característica inconfundible
Un elemento central de los experimentos del equipo de investigación es el concepto de caminata cuántica. “El desarrollo del campo de la computación cuántica, que comenzó hace casi veinte años, se ha beneficiado enormemente del concepto de paseo cuántico, conocido por aumentar la velocidad y la complejidad de los algoritmos informáticos”, explica el profesor Roberto Morandotti, cuyo laboratorio está basado. En el Centro de Investigación en Telecomunicaciones INRS Énergie Matériaux.
Recientemente, la comunidad científica ha desarrollado otro concepto: las redes fotónicas sintéticas. “Este trabajo nos permite utilizar el concepto de dimensiones de fotónica sintética para explorar muchos fenómenos cuánticos a un nivel fundamental y aplicarlos a la tecnología cuántica”, explica Stefania Sciara, postdoctoral en el equipo de Roberto Morandotti y coautora. Estudiar
Ya se conocía el potencial de estas redes, por ejemplo para simular efectos como la simetría de paridad-tiempo, la transmisión de luz y las estructuras topológicas, pero utilizando técnicas convencionales. “Pero a pesar de su potencial”, añade, “nunca se ha demostrado una red fotónica sintética capaz de conducir estados cuánticos”.
Eso es exactamente lo que hicieron Roberto Morandotti y su equipo. Inventaron una red fotónica sintética temporal capaz de crear y manipular estados cuánticos de luz (fotones) utilizando el concepto de paseos cuánticos en sistemas de fibras ordinarios.
“Nuestro equipo descubrió cómo utilizar redes fotónicas sintéticas para procesar información cuántica, basándose en el paseo cuántico de fotones de alta dimensión atrapados en sus estados temporales”, informa el profesor Morandotti. “El sistema no requiere muchos recursos, ya que consta de dispositivos de fibra que son compatibles con la infraestructura de telecomunicaciones estándar”.
Una técnica innovadora con amplias aplicaciones.
Este avance abre la puerta al uso de redes fotónicas sintéticas simplificadas que utilizan paseos cuánticos para el procesamiento de información cuántica.
Nuestro enfoque no tiene precedentes por dos razones”, afirma Roberto Morandotti. “Permite un mejor control de la evolución del paseo cuántico en el dominio del tiempo y posibilita la manipulación simultánea de la luz clásica y los fotones entrelazados. Este descubrimiento allana el camino para una variedad de protocolos de información y computación cuántica avanzada en arquitecturas listas para telecomunicaciones compatibles con chips de microprocesador”.
Varias áreas de la física fundamental relacionadas con el procesamiento de información cuántica podrían beneficiarse de los resultados de los investigadores, incluida la computación cuántica, la metrología cuántica y la comunicación cuántica segura.
“Nuestro sistema se basa íntegramente en dispositivos de fibra óptica utilizados en el campo de las telecomunicaciones y puede combinarse con infraestructuras de telecomunicaciones actuales y futuras”, afirma Stefania Ciara. “Este descubrimiento demuestra que es posible realizar sistemas cuánticos de alto rendimiento utilizando dispositivos, técnicas e infraestructura que están a nuestro alcance. También demuestra que es posible utilizar redes cuánticas para transmitir datos privados de forma segura”.