Primera memoria cuántica que registra la forma de un solo fotón presentada en China

Los fotones son los caballos de batalla de la comunicación moderna. En la actualidad, generalmente transportan información en pulsos de luz que consisten en muchos fotones, pero los físicos ya pueden usar fotones individuales en su lugar, codificando datos en su propia estructura.

Una forma de hacer esto es utilizar el momento angular orbital del fotón, una medida de su helicidad. Entonces, en lugar de viajar como una onda plana ordinaria, se puede pensar en el fotón como una hélice con sentido de la mano izquierda o derecha que se tuerce en diversos grados.

Los físicos pueden usar esta destreza y la cantidad de giro para codificar datos en la forma y estructura del propio fotón. Esto tiene grandes ventajas sobre la forma en que los físicos explotan los fotones en la actualidad.

La forma convencional en que los físicos hacen esto es mediante la polarización. Un fotón puede tener dos estados de polarización distintos: horizontal o vertical. Es sencillo crear fotones en un estado u otro y usar esto para codificar datos.

La gran ventaja del momento angular orbital es que se puede producir un fotón en un número infinito de estados diferentes de giro y giro. Eso significa que un solo fotón puede transportar una cantidad arbitrariamente grande de información, en principio al menos.

Por lo tanto, no es de extrañar que los investigadores estén explorando con entusiasmo formas de crear y detectar fotones con estructuras espaciales variables que pueden transportar información.

Pero lo que les ha faltado es una forma de almacenar estos fotones, incluida su forma y estructura detalladas, y luego liberarlos de nuevo más tarde.

Hoy, Dong-Sheng Ding y sus amigos de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China en Hefei dicen que han resuelto este problema por primera vez.

Estos tipos generaron un solo fotón con una estructura espacial compleja, almacenaron ese fotón en una nube de átomos de rubidio y luego lo liberaron hasta 400 nanosegundos más tarde. En su experimento, comparan la estructura de los fotones que salen del almacenamiento con la estructura de los fotones que entran y dicen que son más o menos idénticos. La estructura espacial del fotón se conserva muy bien, dicen.

Ese es un avance potencialmente importante. Otros grupos han hecho intentos similares de almacenar fotones de esta manera, pero solo mediante el uso de rayos láser tan débiles que probablemente contengan un solo fotón en cualquier momento. Sin embargo, no hay forma de estar seguro de que los experimentos definitivamente involucren fotones individuales.

Dong-Sheng y compañía mejoran esto creando sus fotones individualmente, usando un proceso conocido como mezcla espontánea de cuatro ondas. Esto significa que pueden estar seguros de que los experimentos involucran fotones individuales en lugar de un conjunto de ellos. Informamos sobre la primera realización experimental de almacenar un único fotón verdadero que lleva un momento angular orbital en un conjunto atómico frío, dicen.

La capacidad de almacenar y liberar fotones individuales es una de las tecnologías habilitadoras para una Internet cuántica. Estos dispositivos de almacenamiento cuántico son la clave para los enrutadores cuánticos. Claramente, las memorias que pueden preservar la estructura espacial de los fotones harán que este tipo de enrutador, y la Internet que habilita, sean mucho más flexibles y capaces.

Por supuesto, las tecnologías que terminen creando la Internet cuántica del futuro dependerán de muchos otros factores, entre los que se encontrará una gran cantidad de suerte. Pero dados los numerosos avances en esta área realizados por los laboratorios chinos en los últimos años, solo un tonto apostaría en contra de que la tecnología china juegue un papel importante en la forma en que nos comunicamos cuánticamente en el futuro.

Ref: http://arxiv.org/abs/1305.2675 : Memoria de imagen cuántica de nivel de fotón único basada en conjuntos atómicos fríos

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