Contribución polaca al trabajo en la internet cuántica

Como explica el Dr. Michal Karpinski, Jefe del Laboratorio de Fotónica Cuántica de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, en el sitio web de la Universidad de Varsovia, la luz permite la transmisión rápida de datos a través de redes de comunicación de fibra óptica. Esta capacidad de transmisión de información para transmitir información cuántica puede expandirse codificándola en partículas individuales de luz: fotones.

“Para que los fotones se carguen de manera efectiva en los dispositivos que procesan la información cuántica, deben tener propiedades específicas: la longitud de onda central correcta, es decir, la frecuencia, la duración correcta y el espectro, es decir, el espectro de frecuencia” – el coautor enumera un artículo publicado en “Nature Photonics” https: // www. .nature.com/articles/s41566-023-01214-z.

El grosor del cristal de la lente cambia con el tiempo.

Investigadores de todo el mundo han desarrollado prototipos de computadoras cuánticas utilizando diversas técnicas: iones atrapados, puntos cuánticos, circuitos eléctricos superconductores o nubes atómicas ultrafrías. Estas plataformas de procesamiento de información cuántica operan en escalas de tiempo de picosegundos a nanosegundos a microsegundos. Para conectar tales dispositivos a una red cuántica, se necesita un dispositivo para alterar las propiedades de los pulsos cuánticos de luz transmitidos: fotones individuales.

Los científicos de Nature Photonics han presentado un transductor que permite cambiar la duración del pulso hasta 200 veces, con una eficiencia de hasta el 25 por ciento. El Dr. Karpinski afirma que el enlace de Internet cuántico resultante puede funcionar hasta 50 veces más rápido. El elemento clave de la técnica desarrollada en la Universidad de Varsovia es la llamada lente temporal.

«La lente espacial clásica cambia el tamaño del haz de luz, enfocándolo o difundiéndolo. El foco del haz de luz se obtiene utilizando una lente convexa, en la que el espesor del vidrio disminuye con la distancia desde su centro. De manera similar, el La lente puede acortar o alargar los pulsos de luz, pero aquí el espesor óptico efectivo del vidrio cambia con el tiempo, no en el espacio”, explica el Dr. Philip Swinicki del Laboratorio de Fotónica Cuántica, quien fue el responsable de desarrollar el experimento.

«Para enfocar un amplio haz de luz, la lente debe ser lo suficientemente grande, lo que a su vez hace que sea muy convexa, lo que aumenta en gran medida la cantidad y, por lo tanto, el peso del vidrio necesario para producirlo. Alternativamente, podemos utiliza una lente de Fresnel, conocida desde el siglo XIX, cuya forma especial reduce el grosor de dicha lente a solo unos pocos milímetros o menos. Como parte de nuestra investigación, hemos creado un equivalente temporal de esta lente de Fresnel «- explica el Dr. Sonecki . Las lentes de Fresnel se utilizan, por ejemplo, en faros, balizas, señales ferroviarias y teléfonos móviles.

Fuerte impacto sin dañar la lente.

Los investigadores utilizaron el efecto fotoeléctrico. Le permite cambiar el índice de refracción de un cristal (en este caso, niobato de litio) dependiendo del campo eléctrico externo que se le aplique. Usando señales eléctricas de alta velocidad, es posible lograr el espesor óptico variable en el tiempo del cristal necesario para crear una lente temporal. Sin embargo, un campo eléctrico muy fuerte puede destruir el cristal.

“En la técnica que hemos desarrollado, aumentamos el índice de refracción por etapas, de forma similar a una lente de Fresnel espacial. De esta manera obtenemos un efecto fuerte sin destruir el cristal. Esto permite modulaciones mucho mayores de los pulsos de luz cuántica”, explicó el Dr. . . Karpinski. Dichos procedimientos «a escala» requieren el uso de electrónica de microondas ultrarrápida. El Dr. Philip Sośnicki compara que las redes 5G o Wi-Fi rápido funcionan a frecuencias de 3 a 5 GHz, mientras que las señales de los científicos de la Universidad de Varsovia son siete veces más rápidas, con frecuencias de hasta 35 GHz.

Los físicos pretenden probar la transferencia de fotones entre diferentes tipos de plataformas y aumentar la distancia de transporte de fotones. “Hasta ahora lo hemos estado transmitiendo entre dispositivos en un laboratorio, y ahora intentaremos transferirlo entre diferentes edificios e incluso ciudades”, dice el Dr. Michal Karpinski.

Como se destaca en el sitio web de la Universidad de Varsovia, el trabajo del grupo de físicos es un paso importante en el camino hacia la construcción de redes cuánticas. Las redes pequeñas pueden formar una sola computadora cuántica. Extensive creará una Internet cuántica y permitirá una transmisión de datos más segura que la que existe actualmente entre computadoras cuánticas en diferentes partes del mundo.

La universidad informó que ya en 2016, científicos de la Facultad de Física de la Universidad de Varsovia, en cooperación internacional, presentaron un prototipo del transductor en «Nature Photonics». El dispositivo hizo posible cambiar la duración del pulso de luz seis veces, con una eficiencia de más del 30 por ciento. La técnica utilizada en ese momento, la simple modulación fotoeléctrica, tenía limitaciones y permitía acortar diez veces la duración del pulso.

Ciencia en Polonia – Karolina Duszczyk

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