Un paso más hacia el primer ordenador cuántico

Científicos han demostrado por primera vez un enrutador fotónico: un dispositivo cuántico basado en un solo átomo que permite encaminar fotones individuales por fotones individuales.

Este logro del Instituto Weizmann, según se informa en Science, es un paso más hacia la superación de las dificultades en la construcción de ordenadores cuánticos. En el núcleo del dispositivo hay un átomo que puede cambiar entre dos estados. El estado se establece con sólo enviar una sola partícula de la luz -o fotón- desde la derecha o la izquierda a través de una fibra óptica. El átomo, en respuesta, a continuación, refleja o transmite el siguiente fotón entrante.

Por ejemplo, en un estado, un fotón procedente de la derecha continúa en su camino a la izquierda, mientras que un fotón procedente de la izquierda se refleja hacia atrás, haciendo que el estado atómico se de la vuelta. En este estado invertido, el átomo permite que los fotones procedentes de la izquierda continúen en la misma dirección, mientras que cualquier fotón procedente de la derecha se refleje hacia atrás, dando la vuelta al estado atómico de nuevo.

Este interruptor basado en un átomo está exclusivamente operado por fotones individuales: no se requieren campos externos adicionales. "En cierto sentido, el dispositivo actúa como el equivalente fotónico a los transistores electrónicos, que cambien las corrientes eléctricas en respuesta a otras corrientes eléctricas", dice Barak Dayan, jefe del grupo de Optica Cuántica del Instituto Weizmann.

Dos tecnologías de última generación

Los fotones no son sólo las unidades que componen el flujo de información, sino también las que controlan el dispositivo. Este logro fue posible gracias a la combinación de dos tecnologías de última generación.

Uno es el enfriamiento por láser y captura de átomos. La otra es la fabricación de chips basados en resonadores ópticos en miniatura de ultra alta calidad que se acoplan directamente a las fibras ópticas.

La principal motivación detrás del esfuerzo para desarrollar ordenadores cuánticos es el fenómeno cuántico de la superposición, en el que pueden existir partículas en muchos estados a la vez, lo que permite procesar enormes cantidades de datos en paralelo. Sin embargo, la superposición sólo puede durar mientras no se observa o mide el sistema, ya que de lo contrario se derrumba a un solo estado.

Por lo tanto, los fotones son los candidatos más prometedores para la comunicación entre sistemas cuánticos, ya que no interactúan entre sí en absoluto, e interactúan muy débilmente con otras partículas.