Tendencias21

Consiguen entrelazar fotones dentro de un chip

Investigadores italianos han diseñado una fuente fiable, pequeña y barata de fotones entrelazados, que puede integrarse en un chip. Hasta ahora, las fuentes que se habían diseñado eran mucho más grandes. El sistema podría facilitar la adopción de tecnologías de la información cuántica, en particular los protocolos de criptografía cuántica, que garantizarían las comunicaciones seguras a un nivel que los protocolos de criptografía clásica no pueden alcanzar.

Consiguen entrelazar fotones dentro de un chip

A diferencia del anillo mágico de Bilbo, que enreda a los corazones humanos, los ingenieros han creado un nuevo micro-anillo que enreda partículas individuales de luz, un importante primer paso para toda una serie de nuevas tecnologías.

El entrelazamiento o enredo -la conexión instantánea entre dos partículas sin importar su distancia- es uno de los fenómenos más interesantes y prometedores de toda la física.

Correctamente enjaezados, los fotones entrelazados podrían revolucionar la informática, las comunicaciones y la seguridad cibernética. Aunque son fáciles de crear en el laboratorio, aún no se ha conseguido crear una fuente funcional de fotones entrelazados que pueda caber en un chip de ordenador ordinario.

La nueva investigación, publicada ayer en la revista Optica, de la Sociedad Óptica (OSA, por sus siglas en inglés) estadounidense, describe cómo un equipo de científicos ha desarrollado, por primera vez, un componente microscópico que es lo suficientemente pequeño como para caber en un chip de silicio estándar, que puede generar un suministro continuo de fotones entrelazados.

El nuevo diseño, explica la nota de prensa de la OSA, se basa en una tecnología de silicio ya establecida, conocida como resonador de micro-anillo. Estos resonadores son en realidad bucles que se graban en obleas de silicio, y que pueden cercar y luego volver a emitir partículas de luz. Adaptando el diseño de este resonador, los investigadores crearon una novedosa fuente de fotones entrelazados que es increíblemente pequeña y altamente eficiente, por lo que es un componente de chip ideal.

«La principal ventaja de nuestra nueva fuente es que es a la vez pequeña, brillante y basada en silicio», explica Daniele Bajoni, investigador de la Università degli Studi di Pavia en Italia y co-autor del artículo. «El diámetro del anillo resonador es de tan sólo 20 micras, que es aproximadamente una décima parte de la anchura de un cabello humano. Las fuentes anteriores eran cientos de veces más grandes que la que hemos desarrollado».

Del entrelazamiento a la innovación

Los científicos y los ingenieros reconocen desde hace tiempo el enorme potencial práctico de los fotones entrelazados. Esta curiosa manifestación de la física cuántica, a la que Einstein se refirió como «acción fantasmal a distancia», tiene dos implicaciones importantes en la tecnología del mundo real.

En primer lugar, si algo actúa sobre uno de los fotones entrelazados, el otro responderá a esa acción de forma instantánea, incluso si está en el lado opuesto de un chip de ordenador o incluso en el lado opuesto de la galaxia. Este comportamiento podría aprovecharse para aumentar la potencia y la velocidad de los cálculos. La segunda implicación es que los dos fotones pueden ser considerados, en cierto sentido, una entidad única, lo que permitiría nuevos protocolos de comunicación que fueran inmunes al espionaje.

Este comportamiento aparentemente imposible es esencial, por lo tanto, para el desarrollo de determinadas tecnologías de próxima generación, como computadoras que sean mucho más potentes que los superordenadores más avanzados de hoy en día, y telecomunicaciones seguras.

Crear entrelazamiento en un chip

Para que estas nuevas tecnologías lleguen a buen término, sin embargo, hace falta una nueva clase de emisores de fotones entrelazados: aquellos que se puedan incorporar fácilmente a tecnologías de chips de silicio existentes. Lograr este objetivo ha sido muy difícil.

Hasta la fecha, los emisores de fotones entrelazados -que están hechos principalmente de cristales especialmente diseñados- podían reducirse a un tamaño de unos pocos milímetros, lo cual sigue siendo en muchos órdenes de magnitud demasiado grande para las aplicaciones en-chip.

Además, estos emisores requieren una gran cantidad de energía, que es un bien valioso en las telecomunicaciones y la informática.Para superar estos desafíos, los investigadores exploraron el potencial de resonadores en anillo como una nueva fuente de fotones entrelazados. Estos componentes optoelectrónicos bien establecidos pueden ser grabados fácilmente sobre una oblea de silicio de la misma manera que otros componentes de chips semiconductores.

Para alimentar el resonador, se dirige un haz láser a lo largo de una fibra óptica hacia la entrada de la muestra, y luego se acopla al resonador, donde los fotones corren alrededor del anillo. Esto crea un ambiente ideal para que los fotones se mezclen y se entrelacen.

A medida que los fotones salían del resonador, los investigadores eran capaces de observar que un notable alto porcentaje de ellos exhibía características que traslucían entrelazamiento.

«Nuestro dispositivo es capaz de emitir luz con sorprendentes propiedades de mecánica cuántica nunca antes observadas en una fuente integrada», explica Bajoni. «La velocidad a la que se generan los fotones entrelazados no tiene precedentes para una fuente de silicio integrada, y es comparable con la que se obtiene a partir de cristales en bruto que deben ser bombeados con láseres muy fuertes.»

Aplicaciones y tecnología futura

Los investigadores creen que su trabajo es particularmente relevante porque demuestra, por primera vez, un efecto cuántico por excelencia, el entrelazamiento, en una tecnología bien establecida.

«En los últimos años, los dispositivos integrados de silicio han sido desarrollados para filtrar y enrutar luz, principalmente para aplicaciones de telecomunicaciones», observa Bajoni. «Nuestros resonadores de micro-anillo se pueden utilizar fácilmente junto a estos dispositivos, lo que nos acerca hacia la capacidad de aprovechar plenamente el entrelazamiento en un chip.»

Como resultado de ello, esta investigación podría facilitar la adopción de tecnologías de la información cuántica, en particular los protocolos de criptografía cuántica, que garantizarían las comunicaciones seguras a un nivel que los protocolos de criptografía clásica no pueden alcanzar.

Según Bajoni y sus colegas, estos protocolos ya se han demostrado y probado. Lo que ha faltado es una fuente barata, pequeña y fiable de fotones entrelazados capaces de propagarlos en redes de fibra óptica, un problema que se ha resuelto, aparentemente, con su innovación.

Referencia bibliográfica:

Davide Grassani, Stefano Azzini, Marco Liscidini, Matteo Galli, Michael J. Strain, Marc Sorel, J. E. Sipe, Daniele Bajoni. Micrometer-scale integrated silicon source of time-energy entangled photons. Optica (2015). DOI: 10.1364/OPTICA.2.000088

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • Descubren un helecho tropical que transforma sus hojas muertas en nuevas raíces 9 febrero, 2024
    Para sobrevivir en el suelo anegado y bajo en nutrientes del bosque de Quebrada Chorro, en el oeste de Panamá, una especie de helecho tropical arborescente reutiliza sus hojas muertas, convirtiéndolas en nuevas raíces. Los científicos descubrieron que el helecho reconfigura estas “hojas zombis”, invirtiendo el flujo de agua para atraer nutrientes de regreso a […]
    Pablo Javier Piacente
  • Descubren una extraña combinación de minerales en las muestras lunares de la misión Chang'e-5 de China 9 febrero, 2024
    Los minerales antiguos y nuevos identificados en las muestras lunares traídas por la misión Chang'e-5 de China están ayudando a los científicos a comprender mejor la historia de la Luna: ahora, los especialistas han descubierto más propiedades del sexto nuevo mineral lunar, llamado Changesite-(Y). Además, otros compuestos hallados, la seifertita y la stishovita, pueden coexistir […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los robots que atienden a pacientes llegan a los hospitales 9 febrero, 2024
    Robots diseñados para brindar comodidad a los pacientes de edad avanzada y aliviar su ansiedad, han sido probados con éxito en un hospital de París: saludan, responden a preguntas, comprenden conversaciones grupales y apoyan las tareas de enfermería.
    Redacción T21
  • Una pequeña luna de Saturno parecida a la “Estrella de la Muerte” de Star Wars contiene un océano oculto 8 febrero, 2024
    Por debajo de la superficie repleta de cráteres de Mimas, una de las lunas más pequeñas de Saturno, se esconde un océano global de agua líquida de reciente formación. El satélite posee tan sólo unos 400 kilómetros de diámetro y presenta un notable parecido con la “Estrella de la Muerte”, una estación espacial imperial que […]
    Pablo Javier Piacente
  • Logran controlar un objeto virtual con la mente durante un sueño lúcido 8 febrero, 2024
    Un grupo de participantes en un nuevo estudio científico logró manejar un vehículo virtual a través de un avatar únicamente con su mente, mientras sus cerebros permanecían en la fase REM del sueño. Además de profundizar en los misterios de la consciencia humana, la innovación podría facilitar el acceso a nuevos desarrollos tecnológicos, como un […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un proyecto global trabaja para crear de forma colaborativa un cerebro robótico general 8 febrero, 2024
    El auge de la inteligencia artificial generativa impulsa un proyecto global que trabaja para crear un cerebro robótico general, capaz de generar androides como los que hemos visto hasta ahora solo en la ciencia ficción. Pero es cuestión de tiempo que convivamos con ellos en perfecta armonía. Ya no es una utopía.
    Eduardo Martínez de la Fe
  • La IA está capacitada para resolver dilemas morales cuando conduce vehículos autónomos 8 febrero, 2024
    Los sistemas de IA muestran significativas similitudes éticas con las reacciones humanas ante dilemas morales, lo que los acreditan para conducir vehículos autónomos tal como lo harían las personas.
    Redacción T21
  • Los huracanes se están volviendo tan fuertes que ya no existen categorías para clasificarlos 7 febrero, 2024
    Cinco tormentas en la última década tuvieron velocidades de viento que pertenecen a una hipotética categoría 6 en la escala de huracanes Saffir-Simpson: el fenómeno obligaría a los científicos a crear una nueva clasificación, capaz de reflejar la virulencia de los huracanes en la actualidad. Las causas principales del fenómeno tienen su origen en el […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un asteroide habría explotado sobre la Antártida hace unos 2,5 millones de años 7 febrero, 2024
    Un asteroide se desintegró sobre el continente antártico hace aproximadamente 2,5 millones de años: la evidencia proviene de un análisis químico de más de 100 pequeños trozos de roca extraterrestre, que se han preservado dentro de las enormes capas de hielo. Hasta el momento, solo se conocen otros dos eventos de explosiones aéreas antiguas en […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean la primera niña de inteligencia artificial del mundo 7 febrero, 2024
    La primera niña IA del mundo ha sido creada por científicos chinos, que la han dotado de emociones e intelecto y de la capacidad de aprender de forma autónoma. Se comporta como si tuviera tres o cuatro años y representa un avance significativo para el campo de la inteligencia artificial general.
    Redacción T21