Memorias hechas de luz

17 de julio de 2010 – Por Alexandra Witze

Los físicos encuentran un método más eficiente para almacenar información cuántica.

Unas vacaciones soleadas pueden dar lugar a recuerdos placenteros, pero los físicos en Australia han canalizado el poder de la luz para recordar algo más: información cuántica.

Los investigadores indujeron la captura y emisión de información transportada en el interior de un pulso de luz en cristales de laboratorio al punto más alto de eficiencia conseguido hasta ahora. El trabajo, publicado en la edición la revista Nature del 24 de junio, podría algún día conducir a nuevos tipos de comunicaciones seguras que tomen ventaja de las extrañas propiedades del mundo cuántico.

“Es un paso de gran importancia hacia nuestro sueño de extender las distancias sobre las cuales podemos realizar una comunicación cuántica”, comenta Wolfgang Tittel, físico de la Universidad de Calgary en Canadá, quien no participó en el trabajo.

Desde el punto de vista de un físico, la luz es el medio ideal para transportar  información, ya que es literalmente tan rápida como un rayo. Hasta ahora, los investigadores habían tratado de crear “memorias cuánticas” para la luz principalmente enviando rayos láser dentro de un vapor formado por átomos. Los átomos preservan la información en la luz que después puede leerse de nuevo, tal y como se reproducen los datos de un DVD. Pero las memorias cuánticas basadas en vapores atómicos son ineficientes. El mejor de tales sistemas reportado hasta la fecha tiene una eficiencia del 17 por ciento, lo que significa que de 100 partículas de luz que se introducen al sistema, sólo se recobran 17. Los físicos no necesitan de un 100 por ciento de eficiencia, ya que es aceptable perder alguna información en la transferencia, pero un sistema sí requiere de al menos un 50 por ciento de memoria para ser útil en aplicaciones cuánticas.

En cambio, en el nuevo trabajo se utiliza un cristal sólido en el cual los átomos se encuentran rígidamente comprimidos en vez de chocar difusa y repetidamente de un lado para el otro tal y como lo harían en el vapor. Ese control permite a los investigadores obtener una eficiencia en la memoria de un 69 por ciento, según reporta el equipo dirigido por Morgan Hedges de la Universidad Nacional de Australia en Canberra.

Esa alta eficiencia es un gran e impresionante logro, indica Thierry Chanelière, físico del Centro Nacional para la Investigación Científica en Orsay, Francia. La mayoría de los investigadores que trabajan en memorias cuánticas estudian los vapores atómicos a diferencia de los cristales en estado sólido, pero Chanelière propone que esto puede cambiar pronto si los cristales continúan mostrando tal potencial.

En cuanto el pulso de luz penetra en el cristal, comienza a aminorar su velocidad, la parte delantera del pulso alcanza un extremo del cristal y se detiene conforme el resto de la luz se comprime en sí misma para llenar el cristal entero. El cristal es transparente en su mayor parte pero puede absorber muy intensamente un color en particular. Los investigadores prenden el gradiente de un campo eléctrico, el cual cambia la más potente absorción de color en diferentes partes del cristal, de manera que un lado del mismo absorba potentemente hacia el extremo azul del espectro y el lado opuesto hacia el rojo. La información cuántica proveniente de la luz es almacenada en las oscilaciones de los átomos del cristal; al invertir el campo eléctrico, los científicos hacen que los átomos vuelvan a emitir la luz que contiene la misma información que el pulso original.

El cristal que Hedges y sus colegas crearon está hecho de praseodimio, un elemento de las tierras raras, además de los elementos itrio, silicón y oxígeno. Los científicos están ahora ampliando sus horizontes más allá del praseodimio para estudiar las memorias cuánticas utilizando otros elementos de las tierras raras tales como el europio. Su siguiente objetivo: inducir que el cristal retenga memorias cuánticas por más de unos pocos microsegundos. “La idea es combinar las altas eficiencias con tiempos de almacenaje muy largos”, indica Hedges.

Si se puede hacer que los cristales mantengan información cuántica por períodos de tiempo prácticos, éstos podrían sustentar la base para un repetidor cuántico, un dispositivo que permitiría que un haz de partículas de luz fuera enviado a una distancia de muchos kilómetros en un sistema de comunicación cuántico. Tal sistema sería seguro, ya que la información desaparecería conforme fuera leída al salir del cristal. “Nadie puede llegar y ver lo que ha quedado en la memoria para intentar descifrar lo que había estado almacenado”, explica Matthew Sellars, miembro del equipo y jefe del laboratorio.

Fuente:  ScienceNews

Tags: cristal, información cuántica, láser, luz, memoria cuántica, praseodimio, pulso de luz

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