Investigadores de la Universidad Nacional de Yokohama han teletransportado información cuántica de forma segura dentro de los límites de un diamante. El estudio tiene grandes implicaciones para la tecnología de información cuántica: el futuro de cómo se comparte y almacena la información confidencial.
Los investigadores publicaron sus resultados el 28 de junio de 2019 en Comunicaciones Físicas.
"La teletransportación cuántica permite la transferencia de información cuántica a un espacio por lo demás inaccesible", dijo Hideo Kosaka, profesor de ingeniería en la Universidad Nacional de Yokohama y autor del estudio. "También permite la transferencia de información a una memoria cuántica sin revelar o destruir la información cuántica almacenada".
El espacio inaccesible, en este caso, consistía en átomos de carbono en el diamante. Hecho de átomos de carbono enlazados, pero individualmente contenidos, un diamante contiene los ingredientes perfectos para la teletransportación cuántica.
Un átomo de carbono tiene seis protones y seis neutrones en su núcleo, rodeado de seis electrones giratorios. Cuando los átomos se unen en un diamante, forman una celosía notoriamente fuerte. Sin embargo, los diamantes pueden tener defectos complejos cuando existe un átomo de nitrógeno en una de las dos vacantes adyacentes donde deberían estar los átomos de carbono. Este defecto se llama centro de vacantes de nitrógeno.
Rodeado de átomos de carbono, la estructura del núcleo del átomo de nitrógeno crea lo que Kosaka llama un nanomagneto.
Para manipular un electrón y un isótopo de carbono en la vacante, Kosaka y el equipo conectaron un cable de aproximadamente un cuarto del ancho de un cabello humano a la superficie de un diamante. Aplicaron un microondas y una onda de radio al cable para construir un campo magnético oscilante alrededor del diamante. Dieron forma al microondas para crear las condiciones óptimas y controladas para la transferencia de información cuántica dentro del diamante.
Kosaka luego usó el nanomagneto de nitrógeno para anclar un electrón. Usando el microondas y las ondas de radio, Kosaka forzó el giro del electrón para enredarse con un giro nuclear del carbono: el momento angular del electrón y el núcleo de un átomo de carbono. El espín del electrón se rompe bajo un campo magnético creado por el nanomagneto, lo que le permite volverse susceptible al enredo. Una vez que las dos piezas están enredadas, lo que significa que sus características físicas están tan entrelazadas que no se pueden describir individualmente, se aplica un fotón que contiene información cuántica y el electrón absorbe el fotón. La absorción permite que el estado de polarización del fotón se transfiera al carbono, que está mediado por el electrón enredado, lo que demuestra una teleportación de información a nivel cuántico.
"El éxito del almacenamiento de fotones en el otro nodo establece el entrelazamiento entre dos nodos adyacentes", dijo Kosaka. Llamados repetidores cuánticos, el proceso puede llevar trozos individuales de información de nodo a nodo, a través del campo cuántico.
"Nuestro objetivo final es lograr repetidores cuánticos escalables para comunicaciones cuánticas de larga distancia y computadoras cuánticas distribuidas para computación cuántica a gran escala y metrología", dijo Kosaka.
El resto del equipo del laboratorio de Kosaka en la Universidad Nacional de Yokohama que contribuyó a este trabajo son Kazuya Tsurumoto, Ryota Kuroiwa, Hiroki Kano y Yuhei Sekiguchi.
La Universidad Nacional de Yokohama (YNU o Yokokoku) es una universidad nacional japonesa fundada en 1949. YNU brinda a los estudiantes una educación práctica que utiliza la amplia experiencia de sus profesores y facilita el compromiso con la comunidad global. La fortaleza de YNU en la investigación académica de las ciencias de aplicación práctica conduce a publicaciones de alto impacto y contribuye a la investigación científica internacional y la sociedad global. Para obtener más información, consulte:https://www.ynu.ac.jp/english/
