Un estimado colega nos comparte hoy el presente artículo escrito por David Appell, publicado el 24 de agosto de 2024 en el boletín electrónico de Phys.org y traducido por nosotros para este espacio. Veamos de que se trata...

Para introducir las redes cuánticas en el mercado, los ingenieros deben superar la fragilidad de los estados entrelazados en un cable de fibra y garantizar la eficiencia de la transmisión de señales. Recientemente, los científicos de Qunnect Inc. en Brooklyn, Nueva York, han dado un gran paso adelante al operar una red de este tipo bajo las calles de la ciudad de Nueva York.

Si bien otros han transmitido fotones entrelazados antes, ha habido demasiado ruido y deriva de polarización en el entorno de la fibra para que el entrelazamiento sobreviva, particularmente en una red estable a largo plazo.

"Aquí es donde entra en juego nuestro trabajo", dijo Mehdi Namazi, cofundador y director científico de Qunnect. El diseño de la red, los métodos y los resultados del equipo se publican en PRX Quantum.

Para su red prototipo, los investigadores de Qunnect utilizaron un circuito de fibra alquilado de 34 kilómetros de longitud al que llamaron bucle GothamQ (GoithamQ loop). Utilizando fotones entrelazados por polarización, hicieron funcionar el bucle durante 15 días continuos, logrando un tiempo de funcionamiento del 99,84% y una fidelidad de compensación del 99% para pares de fotones entrelazados transmitidos a una velocidad de unos 20,000 por segundo. Con medio millón de pares de fotones entrelazados por segundo, la fidelidad seguía siendo de casi el 90%.

La polarización de un fotón es la dirección de su campo eléctrico. (Esto puede ser más fácil de entender en la imagen ondulatoria de la luz). Quizás esté familiarizado con el fenómeno de las gafas de sol polarizadas, que son filtros que dejan pasar la luz de una dirección de polarización, pero bloquean otras, reduciendo así el deslumbramiento reflejado en el agua, la nieve y el vidrio, por ejemplo.

Los fotones polarizados son útiles porque son fáciles de crear, simples de manipular (con filtros polarizados) y de medir.

Los fotones entrelazados por polarización se han utilizado en los últimos años para construir repetidores cuánticos a gran escala, computación cuántica distribuida y redes de detección cuántica distribuida.

El entrelazamiento cuántico, tema del Premio Nobel de Física 2022, es el peculiar fenómeno cuántico en el que las partículas dentro de un estado cuántico tienen una conexión, a veces de larga distancia, de modo que la medición de la propiedad de una determina automáticamente las propiedades de otras con las que está entrelazada.

En su diseño, un fotón infrarrojo de longitud de onda de 1,324 nanómetros se entrelaza con un fotón de infrarrojo cercano de 795 nm. Este último fotón es compatible en longitud de onda y ancho de banda con los sistemas atómicos de rubidio, como los que se utilizan en memorias cuánticas y procesadores cuánticos. Se descubrió que la deriva (drift) de polarización dependía tanto de la longitud de onda como del tiempo, lo que requería que Qunnect diseñara y construyera equipos para la compensación activa en las mismas longitudes de onda.

Para generar estos pares de fotones de dos colores entrelazados, se enviaron haces de entrada acoplados de ciertas longitudes de onda a través de una celda de vapor enriquecida con rubidio-78, donde excitaron los átomos de rubidio dentro de la celda, lo que provocó que un electrón externo pasara dos veces, a través de un orbital 5p a un orbital 6s.

A partir de este estado doblemente excitado, a veces se emitía un fotón de 1,324 nm, y una desintegración electrónica posterior producía otro fotón, de 795 nm.

Enviaron pares de fotones entrelazados con polarización de 1,324 nm en superposiciones cuánticas a través de la fibra, un estado con ambas polarizaciones horizontales y el otro con ambas verticales, una configuración de dos cúbits más generalmente conocida como estado de Bell. En tal superposición, los pares de fotones mecánicos cuánticos están en ambos estados al mismo tiempo.

Sin embargo, en los cables ópticos, estos sistemas de fotones son más propensos a perturbaciones de su polarización por vibraciones, curvaturas y fluctuaciones de presión y temperatura en el cable y pueden requerir recalibraciones frecuentes. Debido a que este tipo de perturbaciones pueden ser casi imposibles de detectar y aislar, y mucho menos mitigar, el equipo de Qunnect construyó dispositivos de compensación de polarización automatizada (APC) para compensarlas electrónicamente.

Al enviar pares de fotones clásicos, no entrelazados, de 1,324 nm con polarizaciones conocidas a través de la fibra, pudieron medir cuánto se desvió o se modificó su polarización. La deriva de polarización se midió a cuatro distancias de transmisión: cero, 34, 69 y 102 km, enviando los fotones clásicos cero, una, dos o tres veces alrededor del bucle metropolitano bajo las calles de Brooklyn y Queens. Luego utilizaron los APC para corregir la polarización de los pares entrelazados.

La demostración del bucle GothamQ de Qunnect fue especialmente notable por su duración, la naturaleza de no intervención del tiempo de operación y su porcentaje de tiempo de actividad. Mostró, escribieron, "un progreso hacia una red de entrelazamiento práctica completamente automatizada" que sería necesaria para una Internet cuántica. Namazi dijo que "desde que terminamos este trabajo, ya hemos hecho que todas las piezas se monten en bastidor, por lo que se pueden usar en todas partes", un equipo combinado que llaman Qu-Val.

Fuente: https://phys.org/news/2024-08-prototype-quantum-internet-york-city.html