El primer router fotónico del mundo

Científicos del Instituto Weizmann han demostrado por primera vez la posibilidad de crear un router fotónico - un dispositivo cuántico basado en un sólo átomo que permite que un fotón encamine a otro fotón. Este logro, según se informa en la revista Science, es un obstáculo más que ha sido superado en el camino hacia la construcción de una computadora cuántica. 

En el núcleo del dispositivo hay un átomo que puede alternar entre dos estados. El estado se establece simplemente con enviar una sola partícula de luz - o fotón - desde la derecha o la izquierda a través de una fibra óptica. El átomo, en respuesta, refleja o transmite consiguientemente el fotón entrante. Por ejemplo, cuando el átomo se encuentra en un estado específico, un fotón procedente de la derecha continuará su camino a la izquierda, mientras que un fotón procedente de la izquierda será reflejado hacia atrás, haciendo que el estado atómico cambie. En este estado invertido, el átomo permite a fotones procedentes de la izquierda continuar en la misma dirección, mientras que cualquier fotón procedente de la derecha es reflejado hacia atrás, cambiando nuevamente el estado atómico. Este interruptor basado en un átomo es exclusivamente operado por fotones individuales – sin que sea requerido ningún campo externo adicional. 

"En cierto sentido, el dispositivo actúa como el equivalente fotónico a los transistores electrónicos, que cambian las corrientes eléctricas en respuesta a otras corrientes eléctricas", dice el Dr. Barak Dayan, jefe del grupo de Óptica Cuántica del Instituto Weizmann, que incluye a Itay Shomroni, Serge Rosenblum, Yulia Lovsky, Orel Bechler y Gabriel Guendleman, del Departamento de Química Física de la Facultad de Química. Los fotones no son solamente las unidades que componen el flujo de información, sino también los que controlan al dispositivo. 

Este logro fue posible gracias a la combinación de dos tecnologías de última generación. Una es el enfriamiento por láser y captura de átomos. La otra es la fabricación de chips, basados en resonadores ópticos miniatura de ultra alta calidad que se acoplan directamente a las fibras ópticas. El laboratorio de Dayan en el Instituto Weizmann es uno de los pocos en el mundo que ha dominado estas dos tecnologías. 

La motivación principal detrás del esfuerzo para desarrollar computadoras cuánticas es el fenómeno cuántico de la superposición, en la que pueden existir partículas en muchos estados a la vez, con lo que se puede ser capaz de procesar enormes cantidades de datos en paralelo. Sin embargo, la superposición sólo puede durar mientras nada observa o mide al sistema de lo contrario, este colapsa a un solo estado. Por lo tanto, los fotones son los candidatos más prometedores para la comunicación entre sistemas cuánticos, ya que no interactúan entre sí en absoluto, e interactúan muy débilmente con otras partículas. 

Dayan: "El camino hacia la construcción de una computadora cuántica es todavía muy largo; Sin embargo, el sistema que creamos refleja unos principios básicos que deberían de ser aplicables a la arquitectura futura de este tipo de computadoras. En su forma actual, un solo átomo funciona como un transistor - o un interruptor de dos vías - para fotones, pero en nuestros experimentos futuros, esperamos ampliar los tipos de dispositivos que funcionan únicamente con fotones, por ejemplo, a nuevos tipos de memoria cuántica o puertas lógicas”. 

 

Las investigaciones del Dr. Barak Dayan son apoyadas por el Fondo Benoziyo para el Avance de la Ciencia. El Dr. Dayan es el titular de la Catedra Profesional Joseph y Celia Reskin.