Los recientes avances en física cuántica han supuesto un importante avance: un nuevo diseño de memoria cuántica que demuestra una eficiencia y fidelidad sin precedentes. Investigadores de la Universidad Jiao Tong de Shanghai y la Universidad Normal del Este de China han desarrollado una memoria cuántica Raman capaz de almacenar y recuperar información cuántica con una eficiencia del 94,6% y una fidelidad del 98,91%, acercándose efectivamente a la “perfección” en el almacenamiento cuántico.
El desafío de la memoria cuántica
Las memorias cuánticas son componentes críticos para las futuras tecnologías cuánticas, incluidas las computadoras cuánticas, la comunicación cuántica a larga distancia y los sistemas de detección avanzados. Sin embargo, los diseños anteriores padecían limitaciones inherentes: la alta eficiencia a menudo se lograba a costa de una fidelidad reducida, y viceversa. El principal obstáculo fue el ruido no deseado y las fluctuaciones aleatorias que degradaban la información cuántica almacenada. Lograr alta eficiencia y alta fidelidad ha sido un desafío central en este campo.
Una solución guiada matemáticamente
El avance, detallado en Physical Review Letters, se centra en un enfoque novedoso para controlar las interacciones átomo-luz durante el almacenamiento cuántico. El equipo utilizó un esquema Raman resonante lejano, lo que permitió un almacenamiento de banda ancha y un procesamiento de señales más rápido en comparación con otros métodos. Fundamentalmente, introdujeron una técnica de control adaptativa precisa basada en el principio del mapeo espaciotemporal de luz atómica, descrito matemáticamente por la transformada de Hankel. Este método permite ajustar la memoria para lograr un rendimiento óptimo, minimizando el ruido y maximizando la fidelidad.
“Básicamente, este trabajo es la primera vez que descubre el mecanismo físico detrás del mapeo de la luz del átomo en la memoria cuántica”, explica el profesor Weiping Zhang, investigador principal de la Universidad Jiao Tong de Shanghai. “En la práctica, este trabajo supone un gran avance en el desarrollo de un nuevo método y una técnica prometedora para alcanzar un punto de referencia en memoria cuántica”.
Rompiendo el equilibrio entre eficiencia y fidelidad
Los investigadores implementaron con éxito su enfoque utilizando un vapor cálido de rubidio-87 (⁸⁷Rb), lo que demuestra que se puede superar el compromiso previamente limitante entre eficiencia y fidelidad. Al controlar con precisión las interacciones átomo-luz, lograron un rendimiento cercano a la unidad en ambas métricas. Esto representa un paso significativo hacia la construcción de memorias cuánticas prácticas y confiables para tecnologías avanzadas.
Implicaciones para las tecnologías cuánticas
Este avance tiene amplias implicaciones para el futuro de la computación y las comunicaciones cuánticas. Las memorias cuánticas confiables son esenciales para construir computadoras cuánticas escalables, habilitar redes de comunicación cuántica de larga distancia y desarrollar sistemas de detección cuántica distribuidos. El método del equipo ofrece un camino claro hacia la realización de estas tecnologías.
El equipo del profesor Zhang planea explorar más a fondo nuevos principios impulsados por la física e integrar su memoria en repetidores cuánticos para arquitecturas de computación cuántica y redes cuánticas tolerantes a fallas. Esto sugiere una trayectoria continua de innovación en el campo.
El desarrollo de una memoria cuántica casi perfecta representa un hito crucial en el avance de las tecnologías cuánticas, allanando el camino para un futuro en el que los ordenadores cuánticos y las redes de comunicación se conviertan en una realidad.
