Física

Un servidor de un único fotón, empleando un sólo átomo


(NC&T) La alta calidad de los fotones aislados y su rápida disponibilidad resultan rasgos importantes para los experimentos con ellos sobre el futuro procesamiento cuántico de la información.

En este campo relativamente nuevo, el objetivo es hacer uso de la mecánica cuántica para desarrollar ciertas tareas de cómputo mucho más eficientemente que con una computadora clásica.

Un átomo, por su naturaleza, puede emitir un único fotón cada vez. Un solo fotón puede ser generado a voluntad aplicando un pulso de láser a un átomo atrapado. Poniendo un átomo entre dos espejos con alta reflectancia, en lo que se describe como una "cavidad", todos los fotones se envían en la misma dirección. Comparados con el resultado de otros métodos de generación de un solo fotón, los fotones generados con el nuevo sistema resultan de muy alta calidad, es decir su energía varía muy poco y es viable controlar sus otras propiedades. Los fotones producidos en tan óptimas condiciones pueden, por ejemplo, hacerse indistinguibles, propiedad necesaria para la computación cuántica. Por otro lado, hasta ahora no era posible atrapar un átomo neutro en una cavidad y al mismo tiempo generar fotones aislados durante un tiempo suficientemente largo como para hacer un uso práctico de esos fotones.

En el nuevo estudio, que parte de los resultados de un trabajo anterior, Rempe y sus colaboradores han sido capaces de combinar un sistema de enfriamiento especial con la generación de fotones aislados, de modo que un solo átomo puede generar hasta 300.000 fotones. En su sistema actual, el tiempo que el átomo está disponible es mucho mayor que el necesario para enfriarlo y atraparlo. Por consiguiente, el sistema puede soportar un largo ciclo de trabajo. Y por eso, este desarrollo técnico ha hecho posible la distribución de fotones aislados a un usuario: el sistema opera como un servidor con un único fotón por vez.

Servidor de fotón único
Esquema de funcionamiento del método de Rempe. (Foto: Max Planck Institute of Quantum Optics)
Con este nuevo avance, el procesamiento de la información cuántica utilizando fotones ha dado un paso más hacia la realidad.


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