Almacenar información de manera confiable es uno de los grandes desafíos de las tecnologías del futuro, y muy especialmente en el mundo cuántico, donde este problema se vuelve aún más complejo debido a que no es tan simple como poner huevos en una canasta. A diferencia de los ceros y unos (codificación binaria, digital) que se transmiten y almacenan hoy en nuestros computadores clásicos, los estados cuánticos son extremadamente frágiles y difíciles de mantener estables en el tiempo, ya que se establecen como superposiciones de estos ceros y unos.
La investigación publicada en la prestigiosa revista Physical Review Letters, titulada “Almacenaje de estados cuánticos usando sistemas con bandas planas”, dio a conocer un avance que podría ser clave en el desarrollo de memorias cuánticas más robustas. El estudio de un equipo internacional de científicos en el que participó el académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile, Dr. Rodrigo Vicencio, validó experimentalmente un método para “atrapar” y almacenar estados cuánticos en regiones específicas del espacio, de manera controlada y estable, además que remota.
“En la mayoría de los sistemas físicos, los estados -ya sea energía, luz u ondas- tienden a expandirse por todo el sistema. Sin embargo, existen configuraciones geométricas especiales, conocidos como sistemas de bandas planas, donde algunos estados están completamente confinados en una región muy pequeña del espacio”, explica Rodrigo Vicencio. Esta propiedad, agrega, los convierte en candidatos ideales para almacenar información o energía en general.
Típicamente, los estados de la luz de un sistema estándar (clásicos o cuánticos al tomar promedios) decaen de forma exponencial, es decir, tienen una distribución con una cola infinitamente larga. Por otro lado, los estados que emergen en sistemas de bandas planas están perfectamente localizados y tienen una distribución sin cola; es decir, el estado es completamente nulo fuera de la región de existencia. “Eso es justamente lo que los hace tan atractivos para el almacenamiento de información, cuántica por ejemplo”, añade el investigador.
El estudio propone un método indirecto y controlado, para activar estos estados compactos en posiciones específicas, sin intervenir directamente el lugar donde se desea almacenar la información. Como parte del experimento, los investigadores enviaron un pulso de energía desde un extremo de la red y activaron una región específica, en un tiempo dado, para que el pulso, al pasar por ahí, excitase resonantemente un estado localizado.
Para ilustrarlo, Vicencio propone una analogía sencilla: “Imaginemos el agua de mar como si fuera un pulso de energía, llegando a la orilla de la playa donde estamos parados. Si antes dejamos huellas en la arena, cuando el agua llega, se acumula justo en esos pequeños hoyos. Ahí queda almacenada. Luego podemos repetir el proceso en otro punto y crear un nuevo lugar de almacenamiento”. De manera similar, el método permite activar regiones específicas del sistema para que el pulso de energía excite un estado localizado, que luego permanece almacenado.
Este resultado fue validado experimentalmente utilizando estructuras fotónicas fabricadas en el Laboratorio de Redes Fotónicas del DFI de la FCFM de la Universidad de Chile, pero su alcance es mucho más amplio. Según los autores, el enfoque es aplicable a cualquier sistema donde viajen ondas, lo que abre un abanico de posibles aplicaciones: almacenamiento de información óptica en general, memorias cuánticas, excitación de estados superconductores, manipulación de ondas de sonido e incluso rompimiento de enlaces específicos en macromoléculas.
“El potencial es enorme. Cualquier tecnología donde sea importante almacenar ondas -ya sea de luz, sonido o cuánticas- podría beneficiarse de este tipo de mecanismos”, señala Vicencio. Con este trabajo, el Departamento de Física de la FCFM refuerza su presencia en investigación de frontera de nivel internacional, contribuyendo al desarrollo de tecnologías que serán clave para las tecnologías fotónicas y cuánticas del futuro.
