Las enormes cantidades de datos cuánticos intercambiados por computadoras cuánticas a miles de kilómetros de distancia pueden ser manipuladas por un nuevo detector creado por JPL y Caltech. El potencial para funcionar millones de veces más rápido que las computadoras actuales radica en la computación cuántica. Sin embargo, para que las computadoras cuánticas se conecten a largas distancias, se necesitará una red de comunicación cuántica especial.
Para ayudar a construir dicha red, los científicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA y Caltech han creado un dispositivo que puede contar innumerables fotones diminutos (partículas de luz cuántica) con una precisión increíble. El detector PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta) puede controlar el tiempo que cada fotón se golpea a sí mismo en 100 billonésimas de segundo, a una velocidad de 1,5 millones de fotones por segundo; es como medir gotas individuales de agua rociada por una manguera contra incendios. Otros detectores no pudieron alcanzar esta velocidad.
"La transmisión de información cuántica a largas distancias ha sido muy limitada hasta ahora", dijo Ioana Craiciu, del equipo del proyecto PEACOQ, investigadora postdoctoral en el JPL y primera autora del estudio. "La transmisión de información cuántica a velocidades más altas y más lejos es posible gracias a las nuevas tecnologías de detectores como el PEACOQ que puede medir fotones individuales con una precisión de una fracción de milisegundo".
Las computadoras tradicionales copian la información como una serie de 1 y 0, comúnmente conocidos como bits, y la envían a través de módems y redes de comunicación. Luego, los bits se transfieren a través de cables, fibras ópticas y el espacio mediante ondas de radio o destellos de luz. Una vez recuperadas las piezas, se vuelven a ensamblar para producir los datos originales.
La comunicación entre computadoras cuánticas es diferente. Los bits cuánticos o qubits se utilizan para almacenar información, que son partículas fundamentales como electrones y fotones que no se pueden reproducir y retransmitir sin destruirse. La información cuántica se distorsiona después de solo unas pocas docenas de millas transmitidas a través de fibras ópticas utilizando fotones codificados, lo que aumenta la dificultad y reduce en gran medida el tamaño potencial de cualquier red futura.
Una red cuántica óptica especial de espacio libre podría incluir "nodos" espaciales en satélites en órbita terrestre para permitir que las computadoras cuánticas se comuniquen fuera de estas limitaciones. Estos nodos actuarán como transmisores de datos generando pares de fotones entrelazados y enviándolos a dos terminales de computadora cuántica a cientos o quizás miles de kilómetros de distancia.
Incluso con una gran distancia entre ellos, los pares de fotones entrelazados están tan interconectados que medir uno cambia instantáneamente los resultados de medir el otro. Sin embargo, un detector muy sensible como el PEACOQ necesitaría medir exactamente cuándo recibe cada fotón y transmitir los datos que contiene para que estos fotones entrelazados puedan ser recibidos por la terminal de una computadora cuántica.
Superconductor de plumaje
El detector es un pequeño dispositivo. Cuenta con 32 nanocables superconductores de nitruro de niobio en un chip de silicio, con conectores radiantes que le dan su nombre al detector. El detector tiene solo 13 micrones de ancho. Cada nanocable es 10.000 veces más delgado que un cabello humano.
Desarrollado por el Laboratorio de Micro Dispositivos del JPL y respaldado por el programa de Navegación y Comunicaciones Espaciales (SCaN) de la NASA, el detector PEACOQ debe mantenerse a una temperatura criogénica de solo 272 grados Fahrenheit por debajo del cero absoluto (menos 458 grados Celsius). Esto preserva el estado superconductor de los nanocables; esto es necesario para que conviertan los fotones absorbidos en pulsos eléctricos que transmiten datos cuánticos.
El detector debe ser lo suficientemente sensible para detectar fotones individuales, pero también debe estar construido para resistir el bombardeo de varios fotones a la vez. Este tiempo muerto se mantiene al mínimo, aunque cada nanocable superconductor del detector pierde temporalmente su capacidad de detectar más fotones cuando es golpeado por un fotón. PEACOQ también tiene 32 nanocables, por lo que cuando uno "muere", los demás pueden llenar el vacío.
Según Craiciu, PEACOQ pronto se utilizará en experimentos de laboratorio para demostrar la comunicación cuántica a velocidades más rápidas o en distancias más largas. A la larga, podría ofrecer una solución al problema de cómo enviar datos cuánticos alrededor del mundo.
Pruebas en el espacio profundo
PEACOQ se basa en el detector creado para la demostración de la tecnología de comunicaciones ópticas en el espacio profundo (DSOC) de la NASA y es parte de una iniciativa más amplia de la NASA para permitir las comunicaciones ópticas en el espacio libre entre el espacio y la Tierra. DSOC se lanzará por primera vez a finales de este año junto con la misión Psyche de la NASA para demostrar cómo podrían funcionar las futuras comunicaciones ópticas de gran ancho de banda entre la Tierra y el espacio profundo.
Si bien la terminal terrestre DSOC en el Observatorio Palomar de Caltech en el sur de California no transmitirá información cuántica, aún necesita la misma alta precisión para contar los fotones individuales provenientes del láser del transceptor DSOC a medida que viaja a través del espacio profundo.
Matt Shaw, responsable del trabajo del JPL en detectores superconductores, dijo: “Se considera que es la misma tecnología que una categoría de detector diferente. "Ya sea que esté codificado con información cuántica o queramos detectar fotones individuales de una fuente láser en el espacio, todavía estamos contando fotones individuales", dijo.
Fuente: jpl.nasa.gov/noticias
Günceleme: 03/03/2023 18:57