Memoria cuántica en el rango de los rayos X duros

La luz es un excelente portador de información utilizado no solo para las tecnologías de comunicación clásicas, sino también cada vez más para aplicaciones cuánticas como las redes cuánticas y la computación cuántica. Sin embargo, procesar señales luminosas es mucho más complejo que trabajar con señales eléctricas comunes.

Unos científicos han demostrado una novedosa forma de almacenar y liberar pulsos de rayos X a nivel de fotón único. Esto les ha permitido crear la primera memoria cuántica en el rango de los rayos X duros. El avance logrado podría aplicarse a diversas tecnologías cuánticas futuras de rayos X.

Este avance es obra de un equipo internacional integrado, entre otros, por Sven Velten, del Centro del Sincrotrón Alemán de Electrones (DESY, por sus siglas en alemán); Ralf Röhlsberger, del Instituto Helmholtz en Jena, Alemania; y Olga Kocharovskaya, de la Universidad A&M de Texas en Estados Unidos.

La memoria cuántica es un componente indispensable en una red cuántica, ya que permite almacenar y recuperar información cuántica. Los fotones son portadores rápidos y robustos de información cuántica, pero es difícil mantenerlos estacionarios por si esta información se necesita más adelante. Una forma conveniente de hacerlo es almacenando esta información en un medio cuasi estacionario en forma de polarización u onda de espín con un largo tiempo de coherencia y liberándola de nuevo mediante la reemisión de los fotones originales.

Se han establecido varios protocolos para memorias cuánticas, pero se limitan a fotones ópticos y conjuntos de átomos. El uso de conjuntos de núcleos atómicos en vez de conjuntos de átomos proporciona tiempos de memoria mucho más largos, alcanzables incluso a altas densidades en estado sólido y a una temperatura ambiente alta. Estos tiempos de memoria más largos son el resultado directo de la menor sensibilidad de las transiciones nucleares a las perturbaciones por campos externos, gracias al pequeño tamaño de los núcleos. El resultado de combinar esto con la capacidad de los rayos X duros para enfocar con una muy alta precisión, podría ser el desarrollo de memorias cuánticas compactas de estado sólido de banda ancha y largo tiempo de retención de los datos.

Ilustración de un peine de frecuencias nucleares que muestra fotones individuales visualizados en una escala logarítmica de colores oscuros a brillantes, en la que los colores más brillantes indican segmentos de tiempo en los cuales los fotones almacenados tienen una mayor probabilidad de ser recuperados. (Imagen: DESY / Sven Velten)

El estudio se titula “Nuclear quantum memory for hard x-ray photon wave packets”. Y se ha publicado en la revista académica Science Advances. (Fuente: NCYT de Amazings)