Y para hacer viable la popularización de esta tecnología, la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, en Polonia, recientemente hizo unos avances significativos en el campo de las tecnologías de información cuántica, al desarrollar una memoria atómica de parámetros y construcción extremadamente simple, confiable y con extensas posibilidades de aplicaciones prácticas – incluido el sector de las telecomunicaciones.
“El mayor reto en la construcción de nuestra memoria cuántica fue la selección precisa de los parámetros del sistema que nos permitiera retener, almacenar y leer información cuántica de una forma eficaz. También descubrimos una nueva forma de reducir el ruido durante la detección”, declaró el Dr. Wojciech Wasilewski, de la universidad polaca.
Las comunicaciones vigentes por fibra óptica implican la transmisión de información que utiliza un láser propagado dentro de las hebras. La atenuación de la señal de luz hace que el cable de fibra óptica se debilite conforme aumenta la distancia que la información recorre. Cuando los cables de fibra óptica son muy largos, amplificadores de láser multiplicadores de fotones son colocados en el recorrido de la trayectoria, a intervalos de 100 km. Estos dispositivos son capaces de transformar una señal débil con un bajo número de fotones, en una señal fuerte con elevado número de fotones.
Sin embargo, en la comunicación cuántica son los fotones individuales y sus estados cuánticos los que importan. En este caso, la amplificación de señal no significa simplemente aumentar el número de fotones, sino preservar sus estados cuánticos. Desafortunadamente, la información cuántica no puede duplicarse sin que exista cierta pérdida – realizar cualquier medición del estado cuántico de un fotón invariablemente termina por afectar su estado original. Esa imposibilidad de clonación cuántica, descubierta por el físico polaco Prof. Wojciech Żurek, esclarece las limitaciones fundamentales sobre las operaciones que pueden realizarse en la información cuántica.
En 2001, un equipo de físicos de la Universidad de Innsbruck y de la Universidad de Harvard propuso el protocolo de transmisión cuántica DLCZ, que hizo posible enviar información cuántica a través de largas distancias. Según este protocolo, la información cuántica que alcanza cada punto de transmisión a lo largo del canal debe mantenerse almacenada allí durante un tiempo lo suficientemente largo para garantizar que los intentos de transmitirla al próximo punto sean exitosos, como fue confirmado a través de una señal normal. En un protocolo de este tipo, queda claro el papel fundamental que desempeña una memoria cuántica, que justamente es el de almacenar la información durante el tiempo suficiente para que se preserve al ser transmitida.
Memoria cuántica necesaria.
El problema era ese y estaba muy claro. Hasta entonces, la memoria cuántica dependía de equipos de laboratorio altamente sofisticados y de técnicas absurdamente complejas para lograr el desempeño deseado. Y ahí es donde entra el genio de los científicos de la Universidad de Varsovia.
El elemento principal del dispositivo de memoria construido por los físicos polacos consiste en una cámara de vidrio de 2.5 centímetros de diámetro y 10 de largo, con las paredes revestidas por rubidio y llena con un gas noble. Cuando el tubo se calienta levemente, los pares de rubidio llenan el interior, con el gas noble limitando su movimiento y reduciendo de esta forma el ruido.
Cuando la información cuántica se almacena en esta memoria, los fotones del haz de láser “imprimen” sus estados cuánticos en múltiples átomos de rubidio. Otros fotones se emiten al mismo tiempo y su detección confirma que la información fue guardada con éxito. La información almacenada en esta memoria puede ser recuperada con otro pulso de laser especialmente seleccionado.
Para guardar y recuperar esa información cuántica, los investigadores usaron métodos avanzados de filtrado de luz y una cámara innovadora de diseño propio. Esta cámara, capaz de detectar fotones individuales, se caracteriza por niveles extremadamente bajos de ruido y una velocidad de decenas de veces mayor que las cámaras existentes.
El nuevo (e increíble) momento para las tecnologías cuánticas
Tras años de pruebas en laboratorios de física, las primeras tecnologías cuánticas están emergiendo lentamente en aplicaciones muy diversas. Un ejemplo es la criptografía cuántica – un método de criptografía que proporciona una garantía casi total de transmisión segura de datos, que obviamente es muy codiciada por fuerzas militares e instituciones bancarias.
“La estabilidad de la información cuántica almacenada en nuestra memoria dura de algunos microsegundos hasta decenas de microsegundos. Es perdonable que preguntes cómo tal memoria de corta duración puede resultarnos de utilidad a todos, pero ten en mente que depende de la aplicación. En las telecomunicaciones, los periodos de microsegundos son suficientes para realizar varios intentos de transmitir una señal cuántica hacia la próxima estación de retransmisión”, señala Michał Dabrowski, un estudiante de posgrado de la facultad.
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