El entrelazamiento atómico va más lejos

Físicos de los Estados Unidos han logrado entrelazar dos iones atómicos individuales a un metro de separación. Su sistema, que es el primero en usar fotones para entrelazar un par de iones atómicos, podría asfaltar el camino para la construcción práctica de redes de información cuántica. (Nature 449 68).

Al contrario que los bits clásicos de información, que deben tomar el valor 0 o 1, los bits cuánticos o “qubits” pueden suponer una superposición mezclada de los valores 0 y 1. Además, dos qubits pueden entrelazarse de tal forma que los valores de un qubit puedan saberse midiendo los valores de otro. Aunque estas extrañas propiedades han generado un conjunto de aplicaciones tales como la encriptación cuántica, los dispositivos futuros dependerán de la capacidad de entrelazar de forma remota qubits en una red esté separada por grandes distancias.

Idealmente se usarían átomos para almacenar los qubits ya que permanecerían estables a lo largo de grandes periodos de tiempo, mientras que los fotones – que pueden viajar sin perturbaciones a lo largo de grandes distancias – los entrelazarían. Ahora Chris Monroe de la Universidad de Maryland y otros científicos de la Universidad de Michigan han demostrado que los fotones emitidos unos hacia otros desde qubits atómicos separados pueden – tras encontrarse a medio camino – entrelazar los qubits a distancia.

En su experimento, los iones atómicos atrapados a un metro de distancia por campos eléctricos son excitados a un estado de energía más alto usando un pulso de luz láser. Momentos más tarde, cada ión cae de nuevo en un estado distinto de energía mientras emite un fotón de una frecuencia correspondiente que puede mostrar cuál es el nuevo estado. Ambos fotones son capturados por una lente y son guiados uno hacia otro a lo largo de una fibra óptica.

Al final de las fibras los fotones se encuentran con un divisor, y si ambos tienen la misma frecuencia, interfieren. Monroe y sus colaboradores pueden detectar entonces los fotones en las dos salidas del divisor, a partir de lo cual pueden saber cuáles son los estados atómicos. Sin embargo, dado que no pueden saber a qué iones pertenecen estos estados, los iones permanecen en una superposición de las dos posibilidades — en otras palabras, quedan entrelazados.

El equipo de Michigan puede demostrar que este entrelazamiento existe usando otro láser para medir los dos iones, que brillan de forma distinta dependiendo de su estado, buscando signos de correlaciones. A lo largo de muchas ejecuciones del experimento, encontraron que persistían las correlaciones, incluso cuando los iones eran “rotados” para satisfacer todas las condiciones estadísticas. “El entrelazamiento útil de tales estados de la materia nunca se había establecido anteriormente a tales distancias”, dijo Monroe a physicsworld.com.

El sistema puede no tener aplicaciones prácticas por ahora, sin embargo. Las pérdidas en el aparato conspiran para producir una probabilidad de entrelazamiento de aproximadamente 10-9, lo que significa que los investigadores sólo consiguen un entrelazamiento exitoso cada pocos minutos a pesar de repetir el proceso millones de veces por segundo. Además, los fotones cercanos al UV requeridos tienen una alta pérdida en la fibra óptica, lo cual limita el potencial a grandes distancias del sistema. “Estamos buscando la posibilidad de convertir de forma eficiente estos fotones en otras longitudes de onda más amigables — o incluso en longitudes de onda de telecomunicaciones, donde podrían viajar con seguridad muchos kilómetros”, dijo Monroe.



Autor: Jon Cartwright
Fecha Original: 6 de septiembre de 2007
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