Los científicos de materiales que exploran la eficiencia de los fotones para transportar información han desarrollado un modelo que explica la forma en que cambia la eficacia de esas partículas de luz con los largos de onda más elevados. Sus hallazgos podrían tener un impacto significativo en el desarrollo de otro avance tecnológico altamente esperado: una red cuántica de comunicaciones.
La fibra óptica de hoy es capaz de transmitir fotones (partículas individuales de luz) con mínima pérdida a los largos de onda utilizados para las telecomunicaciones. En un sistema cuántico, los fotones funcionan como bits en un PC clásico.
Descubrimientos de investigadores sobre la Luz y el Internet
¿Qué tiene que ver la luz con internet?
El internet cuántico todavía no existe, pero se espera que se parezca a una red de ordenadores cuánticos que transmiten información en forma de bits cuánticos o qubits. Estos qubits son partículas en estados cuánticos, que les permite contener más información que tan solo el valor de 0 o 1, como sucede con los clásicos bits de los ordenadores.
Como ya se informó en Gizmodo el Internet cuántico no funcionará de modo muy distinto al internet al que accedes con su navegador actual. Pero la tecnología putativa debiera permitir que la información se encripte con mucha más seguridad que la información de hoy en Internet, y usará las reglas de la mecánica cuántica para alcanzar ese objetivo.
¿Qué hallaron los investigadores?
En su trabajo publicado el mes pasado en APL Photonics los físicos presentan un modelo que muestra el rol del emparejado de electrones y fotones en un tipo de emisor de fotones solamente. Su trabajo sugiere formas de mejorar la eficiencia de estos emisores de fotones.
“Los átomos están vibrando constantemente y esas vibraciones pueden restarle energía a un emisor de luz”, dice Chris Van de Walle, científico de materiales en la UC Santa Barbara y coautor del trabajo, en una publicación de la universidad. “Como resultado, en lugar de emitir un fotón podría suceder un defecto que en su lugar hiciera que los átomos vibraran, reduciendo la eficiencia de la emisión de luz”.
El equipo destacó que no creen que se haya descubierto todavía un emisor de solo fotones al estilo “Ricitos de Oro”, pero sí creen que tendrá una energía de transmisión de los 1,5 electronvoltios.
“A la luz de las mucho más elevadas eficiencias que se alcanzan a largos de onda más cortos, sugerimos que si se requieren largos de ondas de telecom para transmitir en fibras ópticas, debe considerarse la conversión de la frecuencia cuántica junto con la generación directa”, escribió el equipo.
“La elección cuidadosa del material huésped, y la conducción de la ingeniería a nivel atómico de las propiedades vibracionales son dos formas prometedoras de vencer a la baja eficiencia” dijo Mark Turiansky, investigador de la UC Santa Barbara e investigador líder del proyecto, en la misma publicación.
Alternativas a métodos para lograr el internet cuántico
Otro método para lidiar con la baja eficiencia, escribe el equipo, es emparejarla con una cavidad fotónica, una herramienta que se puede usar para “abrir bandas de frecuencia dentro de la cual se prohíbe la propagación de ondas electromagnéticas independientemente de la dirección de propagación en el espacio”, como lo expresa otro equipo en IEEE.
Estamos todavía muy lejos del Internet cuántico pero durante la última década los cimientos para ello ya se han trabajado como proyecto. A comienzos de 2020 el Departamento de Energía publicó su plano para la “Construcción del Internet Cuántico Nacional”, que además de la comunicación cuántica segura podría mejorar la computación cuántica y ayudar a las redes existentes de sensores.
No te muerdas las uñas esperando el futuro cuántico – podrías quedar con los dedos pelados – pero tienes que saber que hoy la investigación en materiales y ciencias de la computación está echando los cimientos para un tipo de comunicaciones que es completamente nuevo.
