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Investigación nacional propone método para proteger propiedades cuánticas de la luz en circuitos fotónicos

Investigación propone método para proteger propiedades cuánticas

Los fotones, partículas que componen la luz, son –para una parte de la comunidad científica internacional– claves para generar nuevas tecnologías, ya que estas partículas se rigen bajo las leyes de la mecánica cuántica. 

Entre los desarrollos más prometedores de tecnologías cuánticas emergentes están los computadores cuánticos, que prometen resolver problemas que los computadores actuales no pueden, las medidas de alta precisión (metrología cuántica) y las comunicaciones cuánticas. Para cada una de ellas, proteger las propiedades cuánticas de la luz es crucial.  

Uno de los problemas para escalar estas tecnologías es mantener la coherencia de la luz, es decir, cuidar sus propiedades cuánticas. Por ejemplo, para la computación cuántica actual, que empresas como IBM y Google desarrollan, esto implica trabajar a temperaturas extremadamente bajas, lo que conlleva un salto cuántico también en los precios relacionados a esta.  

Otra de estas posibles tecnologías son los llamados computadores fotónicos. Se trata de prototipos más parecidos a los computadores actuales que usamos, pero que utilizan canales de luz en vez de cables eléctricos.  

"Proteger la cuanticidad de la luz es esencial para aprovechar plenamente las capacidades que la mecánica cuántica ofrece, especialmente en tecnologías emergentes como los computadores cuánticos y fotónicos", explica Carla Hermann, investigadora asociada del MIRO y académica del Departamento de Física de la FCFM - U. de Chile

Para aportar a este campo de investigación, un grupo del Instituto Milenio de Investigación en Óptica (MIRO) el DFI-FCFM de la Universidad de Chile, acaba de publicar un artículo en la revista Scientific Reports, de Nature. 

Luz cuántica a temperatura ambiente 

“Una arista relacionada a la computación cuántica, son los circuitos fotónicos para computación donde en vez de electricidad circula luz. La luz puede ser clásica, lo que se conoce como computación fotónica a secas, o cuántica, lo que sería una computación fotónica cuántica”, explica la académica DFI-FCFM, Carla Hermann.  

“En estos tipos de circuitos ópticos, con una geometría o diseño particular, es posible realizar operaciones ópticas básicas con luz ofreciendo una mayor robustez y estabilidad a ciertos errores de fabricación. Esto es clave para utilizar de forma efectiva luz cuántica y generar computación fotónica cuántica”, agrega Gabriel O’Ryan, magíster en Física de la Universidad de Chile y primer autor de este trabajo. 

El sistema utilizado para controlar la luz se basa en arreglos fotónicos topológicos, es decir, redes donde se puede localizar y proteger la luz. “Debido a que la unión de la luz cuántica y la topología es relativamente nueva, comparado con otras áreas, había poca investigación cuando comenzamos, por lo que el objetivo inicial era simple y correspondía a tratar de responder a la siguiente inquietud: ¿Qué le sucede a las propiedades cuánticas de la luz al propagarse en sistemas fotónicos con topología?”, explica O’Ryan. 

Por su parte, el investigador posdoctoral Diego Guzmán, agrega que: “en este articulo mostramos que podemos transportar luz cuántica de tal forma de hacerla interactuar en un sistema sin perder la topología misma, lo que permite que la consecuencia de esta interacción y manipulación sea más robusta contra desórdenes. Todo esto se plantea a temperatura ambiente, lo que sin duda es interesante a explorar, en términos económicos, como una posible tecnología emergente.” 

A futuro el grupo espera seguir respondiendo la misma pregunta, pero utilizando redes que permitan ganancias y pérdidas.  

Este artículo está disponible de forma gratuita en Transporte de luz no-clásica mediada por paredes de dominio en una red fotónica SSH y en él trabajaron Gabriel O’Ryan, bajo la guía de Carla Hermann, y la colaboración de Diego Guzmán, Luis Foà, de la Universidad de Chile y Joaquín Medina, de la Universidad Autónoma de Barcelona. 

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