Un equipo de investigadores del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, dependiente del Departamento de Energía de Estados Unidos, ha presentado un avance significativo en el ámbito de la computación cuántica. Este estudio, liderado por Hsuan-Hao Lu, ha desarrollado una puerta cuántica innovadora que opera entre dos grados de libertad fotónicos: la polarización y la frecuencia. Este avance ha suscitado un gran interés en la comunidad científica, especialmente entre aquellos que trabajan en la construcción de redes cuánticas más fiables.
La investigación, publicada en la revista Optica Quantum, destaca la importancia de los fotones como portadores de información en las redes cuánticas. Estos fotones, considerados las unidades más pequeñas de energía electromagnética, poseen múltiples grados de libertad, como la trayectoria, la polarización y la frecuencia, que pueden utilizarse para almacenar y transmitir información cuántica. La conexión cuántica entre fotones, conocida como entrelazamiento, es fundamental para protocolos como la teletransportación cuántica, aunque es extremadamente susceptible a las condiciones ambientales, lo que puede generar errores durante la transmisión.
Avance en la Resiliencia de la Comunicación Cuántica
La técnica de hiperentrelazamiento, que implica el entrelazamiento de múltiples grados de libertad entre dos fotones, ha demostrado ser clave para mejorar la fiabilidad de la comunicación. Lu explicó que, al enviar un fotón con una polarización horizontal, que representa un valor de bit de comunicación de cero, este puede experimentar cambios aleatorios durante su trayecto a través de la fibra óptica, introduciendo errores. Sin embargo, las técnicas desarrolladas por su equipo, combinadas con el hiperentrelazamiento, tienen el potencial de mitigar estos errores en tareas de red.
Los investigadores también han establecido que este hiperentrelazamiento puede ser manipulado a través de la nueva puerta cuántica, lo que abre la puerta a aplicaciones prácticas, como la mejora de la capacidad de comunicación en una red cuántica. Este trabajo complementa la investigación de Alex Miloshevsky, colega de Lu en ORNL, quien ha publicado un estudio sobre una fuente integrada fotónica CMOS de fotones entrelazados en polarización de ancho de banda, también en Optica Quantum.
El siguiente paso en esta línea de investigación será implementar esta nueva tecnología en la red cuántica del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, un avance que podría tener implicaciones significativas para el futuro de las comunicaciones cuánticas y el desarrollo de tecnologías más resilientes.
Más información:
Hsuan-Hao Lu et al, Building a controlled-NOT gate between polarization and frequency, Optica Quantum (2024). DOI: 10.1364/OPTICAQ.525837
Alexander Miloshevsky et al, CMOS photonic integrated source of broadband polarization-entangled photons, Optica Quantum (2024). DOI: 10.1364/OPTICAQ.521418
