Detector cuántico que marca un antes y un después

Los ordenadores cuánticos serán capaces de funcionar millones de veces más rápido que los convencionales. Pero para comunicarse a larga distancia, los ordenadores cuánticos necesitarán una red de comunicaciones cuánticas específica.

Para ayudar a crear una red de este tipo, unos científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL) y del Instituto Tecnológico de California (Caltech), en Estados Unidos, han desarrollado un dispositivo capaz de contar enormes cantidades de fotones individuales con una precisión increíble. El detector PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta) es capaz de medir el momento exacto en que cada fotón incide sobre él, con una precisión de

100 billonésimas de segundo, a una velocidad de 1.500 millones de fotones por segundo. Ningún otro detector ha alcanzado esa velocidad.

"La transmisión de información cuántica a largas distancias ha sido, hasta ahora, muy limitada", recalca Ioana Craiciu del JPL y miembro del equipo del proyecto PEACOQ. "Una nueva tecnología de detectores como el PEACOQ, capaz de medir fotones individuales con una precisión de una fracción de nanosegundo, permite enviar información cuántica a tasas mayores y más lejos".

Los ordenadores convencionales transmiten datos a través de módems y redes de telecomunicaciones haciendo copias de la información como una serie de unos y ceros, también llamados bits. A continuación, los bits se transmiten a través de cables, fibras ópticas y el espacio mediante destellos de luz o pulsos de ondas de radio. Cuando se reciben, los bits se vuelven a ensamblar para reconstruir los datos que se transmitieron originalmente.

Los ordenadores cuánticos se comunican de forma diferente. Codifican la información como bits cuánticos (qubits) en partículas fundamentales, como electrones y fotones, que no pueden copiarse ni retransmitirse sin ser destruidos. Para mayor complejidad, la información cuántica transmitida por fibras ópticas mediante fotones codificados se degrada al cabo de unas pocas decenas de kilómetros, lo que limita enormemente el tamaño de cualquier red futura.

Para que los ordenadores cuánticos se comuniquen superando estas limitaciones, una red cuántica óptica, que operase en el espacio libre, podría incluir "nodos" espaciales a bordo de satélites en órbita alrededor de la Tierra. Estos nodos transmitirían datos generando pares de fotones entrelazados que se enviarían a dos terminales de ordenadores cuánticos situados en tierra, a cientos o incluso miles de kilómetros de distancia entre sí.

Los fotones entrelazados en pares están tan íntimamente conectados que la medición de uno afecta inmediatamente a los resultados de la medición del otro, incluso cuando están separados por una gran distancia. Pero para que estos fotones entrelazados puedan ser recibidos en tierra por el terminal de un ordenador cuántico, se necesita un detector muy sensible que mida con precisión el momento en que recibe cada fotón y suministre los datos que contienen.

PEACOQ puede cumplir esta función con suficiente eficiencia.

El detector es diminuto. Mide sólo 13 micras y está compuesto por 32 nanocables superconductores de nitruro de niobio en un chip de silicio con conectores que se abren en abanico como el plumaje de un pavo real. Cada nanocable es 10.000 veces más fino que un cabello humano.

Un detector PEACOQ, visto de muy cerca. (Imagen: NASA JPL / Caltech)

El detector PEACOQ debe mantenerse a una temperatura bajísima, de unos 272 grados centígrados bajo cero, es decir, solo un grado por encima de la temperatura más baja que permiten las leyes de la física, conocida como el cero absoluto y que es de 273,15 grados bajo cero.

La gélida temperatura de PEACOQ mantiene a los nanocables en un estado superconductor, necesario para que puedan convertir los fotones absorbidos en impulsos eléctricos que proporcionen los datos cuánticos. (Fuente: NCYT de Amazings)