Investigadores de la Universidad de Stanford han conseguido un nuevo récord en el uso de fotones para llevar mensajes desde electrones a casi 2 kilómetros de distancia. Su trabajo se describe en la edición digital de 'Nature Communications'.
Científicos e ingenieros están interesados en la aplicación práctica de esta tecnología para hacer que las redes cuánticas pueden enviar información de alta seguridad a través de largas distancias.
El entrelazamiento cuántico es el fenómeno observado de dos o más partículas conectadas, incluso a miles de kilómetros, un comportamiento que ya Albert Einstein definió como "acción fantasmal".
Consideremos, por ejemplo, los electrones enredados. Los electrones giran en una de dos direcciones características, y si ellos se enredan, los giros dos electrones están ligados.
Los electrones son atrapados dentro de los átomos, por lo que los electrones entrelazados no pueden hablar directamente a larga distancia. Pero los fotones Propósito - pequeñas partículas de luz - pueden moverse. Los científicos pueden establecer una condiciones necesarias de enredo, llamada la correlación cuántica, para correlacionar los fotones a electrones, por lo que los fotones pueden actuar como los mensajeros del giro de un electrón.
En un estudio previo, el físico de Stanford Leo Yu entrelazó fotones con electrones a través de cables de fibra óptica a una distancia de varios metros. Ahora, él y un equipo de científicos han correlacionado fotones con espín electrónico sobre una distancia récord de 1,93 kilómetros.
"El giro de electrón es la unidad básica de una computadora cuántica", dijo Yu en un comunicado. "Este trabajo puede allanar el camino para que las redes cuánticas futuras puedan enviar datos de alta seguridad en todo el mundo."
Para ello, Yu y su equipo tuvieron que asegurase de que la correlación podría conservarse a largas distancias, un desafío clave dado que los fotones tienen una tendencia a cambiar de dirección durante el viaje en las fibras ópticas.
Los fotones pueden tener una orientación vertical u horizontal (conocida como polarización), que puede ser referenciada como un 0 o un 1, como en la programación de computadoras digitales. Pero si cambian en la ruta, se pierde la conexión con el electrón correlacionado.
Esta información puede ser preservada de otra manera, dijo Yu. Él creó un sello de tiempo para correlacionar el tiempo de llegada del fotón con el espín del electrón, que proporciona una referencia clave para cada fotón para confirmar su correlación al electrón fuente.
Para enredar dos electrones que nunca se han encontrado sobre grandes distancias, dos fotones, cada uno relacionada con una sola fuente de electrones, tuvo que ser enviada a través de cables de fibra óptica hasta reunirse en el centro a un "divisor de haz" e interactuar. Los fotones no interactuan normalmente como haces de luz que pasan sobre ellos, por lo que los investigadores tuvieron que mediar esta interacción denominada la "interferencia de dos fotones".
Para garantizar la interferencia de dos fotones, que tuvieron que superar otro problema. Los fotones de dos fuentes diferentes tienen diferentes características, como el color y la longitud de onda. Si tienen diferentes longitudes de onda, no pueden interferir, dijo Yu.
Antes de viajar a lo largo del cable de fibra óptica, los fotones pasaron en el experimento por un "convertidor cuántico", que coincide con sus longitudes de onda. El convertidor cambió a los fotones a una longitud de onda por la que pueden viajar más lejos dentro de los cables de fibra óptica diseñado para las telecomunicaciones.
