Guardar luz sin romperla siempre ha sido uno de los grandes retos de la computación y las comunicaciones cuánticas. Ahora, un equipo de científicos chinos ha conseguido atrapar un fotón en un “superátomo” y, además, emitir una señal que certifica el éxito del almacenamiento, todo ello sin recurrir a interferómetros ni cavidades ópticas de altísima precisión. El resultado, publicado en Physical Review Letters, eleva la fidelidad del proceso al 89,9 % y confirma el entrelazamiento entre dos nodos distantes con un 70,5 % de fiabilidad, muy por encima del umbral clásico del 50 %.
Guardar luz sin tocar sus alas
Los fotones son mensajeros cuánticos ideales: viajan rápido, apenas interactúan con el entorno y pueden cubrir grandes distancias. Sin embargo, esa misma falta de interacción los vuelve casi imposibles de almacenar. Perder un fotón significa perder toda la información cuántica que transporta. Hasta ahora, la solución pasaba por atrapar luz en átomos individuales montados en cavidades ópticas, un método efectivo pero complejo y poco escalable.
Los investigadores han optado por el llamado almacenamiento heraldado. La idea es sencilla: si el sistema guarda el fotón, emite un segundo fotón que actúa como “heraldo” y confirma la operación sin necesidad de medir directamente al primero (lo que lo destruiría).
El superátomo y el bloqueo de Rydberg
En lugar de un átomo solitario, el experimento utiliza una nube de átomos de rubidio enfriados por láser que se comporta como una sola entidad cuántica. El efecto de bloqueo de Rydberg impide que más de un átomo se excite a la vez, de modo que el conjunto responde como si fuera un átomo gigante.
Según explican los autores, “utilizamos una secuencia de pulsos tipo ‘read-and-patch’ que permite emitir un segundo fotón solo si el primero ha sido correctamente almacenado en el superátomo”. El montaje incluye dos nodos, A y B. El nodo A genera un fotón codificado en el tiempo y lo envía por fibra óptica al nodo B. Si el superátomo del nodo B lo captura, la misma secuencia de pulsos libera el heraldo que confirma la captura.
Entrelazamiento remoto sin estación intermedia
El experimento logra enlazar cuánticamente los dos superátomos sin que los fotones tengan que encontrarse en un punto central. Como subrayan los autores, “esta técnica elimina la necesidad de un nodo intermedio, lo que comúnmente se requiere en esquemas tradicionales de entrelazamiento remoto basados en interferencias”. Eliminar ese eslabón simplifica la arquitectura y abre la puerta a redes más grandes y robustas.
Limitaciones y próximos pasos
Hoy por hoy, la eficiencia total aún es modesta: el almacenamiento-recuperación ronda el 16,4 % y el heraldo apenas llega al 2,1 %. La coherencia se resiente por el movimiento térmico de los átomos durante la espera. El equipo propone mejorar las trampas ópticas, enfriar aún más la nube y emplear detectores superconductores SNSPD para apurar el rendimiento. También planean transferir el estado cuántico desde el nivel de Rydberg a un estado fundamental más estable y, con ello, alargar el tiempo de almacenamiento.
Rumbo a la Internet cuántica
La siguiente parada será llevar este protocolo a redes metropolitanas, donde varios nodos intercambien estados cuánticos sin estaciones centrales. Países como China o Países Bajos ya ensayan infraestructuras piloto, y un sistema de almacenamiento heraldado como el que se ha demostrado podría ser la clave para darles estabilidad y escalabilidad.
Por ahora, el término superátomo puede sonar grandilocuente, pero describe una herramienta concreta que acerca la Internet cuántica a la práctica. Si la técnica sigue madurando, es cuestión de tiempo que estos experimentos de laboratorio se conviertan en la columna vertebral de la próxima revolución de las comunicaciones.