10 fotones entrelazados entre sí

La computación cuántica requiere que muchos qubits (bits cuánticos) estén entrelazados entre sí. El entrelazamiento se produce si dos partículas interaccionan en algún momento, ya que desde entonces las propiedades de esas dos partículas permanecen conectadas para cualquier tiempo posterior.

Hasta ahora solo se ha conseguido entrelazar entre sí con éxito un puñado de qubits. Un nuevo experimento eleva el listón hasta los 10 qubits, superando el récord anterior de 8. Si bien 10 está aún muy lejos de lo que haría competitivo a un ordenador cuántico frente a los clásicos, el entrelazamiento de esta cantidad de fotones podría ser suficiente para ciertos códigos de corrección de errores cuánticos y experimentos de teletransporte cuántico.

El entrelazamiento de fotones se consigue experimentalmente usando cristales no lineales, que tienen la capacidad de convertir un pequeño porcentaje de los fotones que inciden sobre él en un par de fotones entrelazados. En el caso del cristal de borato de bario beta (llamado habitualmente BBO) los dos fotones entrelazados tienen polarizaciones opuestas (uno horizontal, el otro vertical) y se emiten en direcciones diferentes. Por ello los investigadores usan toda una variedad de dispositivos ópticos para recoger el par de fotones, que entonces se pueden entrelazar con pares procedentes de otros cristales de BBO (véase la imagen).

entrelazados

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El dispositivo creado por el equipo encabezado por Xi-Lin Wang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China no solamente ha conseguido entrelazar 10 fotones, también ha logrado la mayor eficiencia hasta la fecha: si hasta ahora era del 40 %, el nuevo dispositivo alcanza el 70 %.

En vez de emplear un solo cristal de BBO para generar las parejas, los investigadores han usado dos cristales de BBO muy juntos pero separados por una placa polarizadora rotativa. Esta configuración de “sándwich” genera pares de fotones entrelazados que viajan en la misma dirección con la misma polarización. El aumento sustancial en la eficiencia que esto supone significa que los ingenieros pueden conseguir el efecto deseado empleando para ello una cantidad de energía de entrada mucho menor.

Los 10 fotones entrelazados se consiguieron colocando 5 estructuras tipo sándwich en línea e iluminándolas todas a la vez con un láser de 0,57 W. Después, usaron divisores de haz polarizadores para combinar los pares de fotones de cada cristal BBO entre sí.

Referencia:

Xi-Lin Wang (2016) Experimental Ten-Photon Entanglement Phys. Rev Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.117.210502

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Este texto es una colaboración del Cuaderno de Cultura Científica con Next

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