10/Sep/04

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La óptica cuántica llega al microchip

Un informe en la revista Nature describe el primer experimento en el que un único fotón fue acoplado coherentemente a un único qubit (quantum bit, o "átomo artificial") superconductor.

Esto representa un nuevo paradigma para realizar experimentos de óptica cuántica en circuitos eléctricos de microchips mediante el uso de microondas en lugar de fotones y lásers visibles.

El trabajo es fruto de la colaboración entre el laboratorio del profesor Robert Schoelkopf y el grupo teórico del profesor Steven Girvin, ambos del Departamento de Física Aplicada y Física de la Universidad de Yale (EE.UU.).

Los investigadores construyeron una cavidad superconductora miniaturizada, millones de veces más pequeña que las que normalmente se usan en los experimentos de física atómica del mismo tipo.

El fotón de microondas es así "atrapado", lo que permite que sea absorbido y reemitido una y otra vez por el "átomo", hasta que finalmente escapa de la cavidad. El "átomo" es un circuito superconductor que contiene aproximadamente mil millones de átomos de aluminio que actúan en concierto.

Dados el minúsculo volumen de la cavidad y el gran tamaño del "átomo", éste y el fotón se acoplan muy fuertemente y pueden intercambiar energía a gran velocidad.

Bajo las peculiares reglas de la mecánica cuántica, el estado del sistema se transforma en una superposición coherente de dos posibilidades simultáneas: la energía es, o bien una excitación del átomo, o bien un fotón. Esta superposición fue observada en el experimento.

Además de permitir la realización de experimentos de mecánica y óptica cuánticas usando un formato completamente nuevo, este nuevo sistema posee varias características que lo hacen conveniente en una computadora cuántica.

En una computadora cuántica, en vez de bits de información, hay qubits, los cuales, paradójicamente, pueden manejar la incertidumbre cuántica y de esta manera acelerar inmensamente ciertos tipos de cálculo.

La posibilidad de acoplar qubits con fotones permitiría conectar los qubits de un chip mediante un "bus de información cuántica" que transmita fotones individuales.