Un equipo de ingenieros del Instituto de Tecnología de California (Caltech), ha desarrollado un chip de computadora con memoria cuántica óptica a nanoescala. La memoria almacena la información de una manera similar a las memorias tradicionales, pero en las partículas cuánticas individuales, en este caso, fotones de luz.
Esta propuesta, permite aprovechar las características peculiares de la mecánica cuántica (como la superposición, en la que un elemento cuántico puede existir en dos estados distintos simultáneamente) para almacenar datos de manera más eficiente y segura.
Andrei Faraon, profesor asistente de física aplicada y ciencia de materiales en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en Caltech y coautor del estudio, señala: “Este dispositivo es un componente esencial para el desarrollo futuro de redes cuánticas ópticas, que podrían utilizarse para transmitir información cuántica.”
Esta tecnología no sólo conduce a la miniaturización extrema de dispositivos de memoria cuántica, sino que también permite un mejor control de las interacciones entre los fotones individuales y los átomos.
Durante mucho tiempo, el uso de fotones individuales para almacenar y transmitir datos ha sido una meta a alcanzar por los ingenieros y físicos, debido a su potencial para transportar información de manera confiable y segura.
El nuevo chip de memoria cuántica es análogo a un chip de memoria tradicional; ambos almacenan información en un código binario. Con la memoria tradicional, la información se almacena moviendo miles de millones de pequeños conmutadores electrónicos activados o desactivados, representando un 1 o un 0.
Pero la memoria cuántica almacena información a través de las propiedades cuánticas de partículas elementales individuales, en este caso, una partícula de luz. Una característica fundamental de esas propiedades cuánticas, es que pueden existir en múltiples estados al mismo tiempo. Esto significa que un bit cuántico (conocido como un qubit) puede representar un 1 y un 0 al mismo tiempo.
Para almacenar fotones, el equipo de científicos creó módulos de memoria utilizando cavidades ópticas, hechas de cristales dopados con iones de tierras raras. Los módulos de memoria miden sólo 700 nanómetros de ancho por 15 micras de largo. Cada uno se enfrió a una temperatura justo por encima del cero absoluto (-273,15° Celsius) y luego un láser muy filtrado bombeó fotones individuales en los módulos.
Los fotones fueron liberados 75 nanosegundos más tarde y seguidamente se comprobó si se había retenido fielmente la información registrada en ellos, mostrando un registro exitoso de un 97 por ciento.
El equipo planea extender el tiempo que la memoria puede almacenar información, así como su eficiencia. Para crear una red cuántica viable que envíe información a lo largo de cientos de kilómetros, la memoria necesitará almacenar datos con precisión, durante al menos un milisegundo. El equipo también planea trabajar en formas de integrar la memoria cuántica en circuitos más complejos, dando los primeros pasos hacia el despliegue de esta tecnología en redes cuánticas.