Luz topológica para conectar bits cuánticos

Unos científicos proponen un modo más robusto de conectar bits cuánticos usando luz topológica. Los materiales topológicos son más resistentes ante las imperfecciones y pueden ayudar en la construcción de chips más robustos para computadoras cuánticas.

De manera simplificada, la materia se puede clasificar en tres fases (solido, líquido y gaseoso) según como estén apilados o se muevan los átomos que forman los materiales. Esta clasificación está basada en propiedades locales, es decir, mirando una porción pequeña del sistema es posible distinguir en qué fase de la materia está. Sin embargo, hay materiales, los conocidos como materiales topológicos, para los que es necesario “mirar” todo el material para identificar la fase. Avances recientes permiten usar estos materiales para proteger también la propagación de la luz en los mismos.

Los resultados de un estudio liderado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) en España indican que puede ser muy ventajoso emplear estos materiales fotónicos topológicos para construir, entre otras cosas, chips de ordenadores cuánticos más resistentes a las imperfecciones. El estudio es una colaboración entre el investigador Alejandro González Tudela, del Instituto de Física Fundamental (IFF) del CSIC, y los científicos Iñaki García Elcano, Jaime Merino, y Jorge Bravo-Abad, de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) en España.

“En nuestro trabajo hemos demostrado que, situando emisores cuánticos en la superficie de los materiales topológicos, estos emisores pueden comunicarse a través de fotones ‘topológicamente protegidos’. Esto hace que sus propiedades, como la conducción de electricidad, sean potencialmente mejores que las de los materiales convencionales”, explica el investigador del IFF.

Recreación artística de luz topológica siendo usada para conectar bits cuánticos. (Imagen: Jorge Munnshe para NCYT de Amazings)

Los investigadores han empleado en este trabajo técnicas de la óptica cuántica, la rama de la física que estudia la interacción de la luz y la materia en escalas microscópicas. “Como estos emisores cuánticos muchas veces pueden codificar bits cuánticos, este canal de comunicación se puede usar para generar estados entrelazados (un recurso en computación cuántica que se basa en bits cuánticos en lugar de bits convencionales) entre emisores y para crear ‘puertas cuánticas’ que permitan procesar información cuántica”, añade el científico del CSIC.

Si bien se trata de un hallazgo teórico, el objetivo es poder mejorar la robustez de las tecnologías cuánticas actuales y su capacidad de ser ampliadas a escalas mayores. “Estas tecnologías pueden tener un gran impacto porque permiten procesar la información de una manera más segura y más rápida e incluso permiten mediciones más precisas”, apunta González-.

El estudio se titula “Probing and harnessing photonic Fermi arc surface states using light-matter interactions”. Y se ha publicado en la revista académica Science Advances. (Fuente: CSIC)