Una nueva memoria cuántica para un cubit fotónico que utiliza un solo átomo de rubidio

Los ordenadores cuánticos y las redes de comunicaciones cuánticas requieren el desarrollo de memorias capaces de almacenar los cubits cuánticos durante un tiempo largo (comparado con el tiempo de decoherencia típico). Un nuevo dispositivo para el almacenamiento de cubits fotónicos ha permitido el almacenamiento de un cubit en un único átomo de rubidio-87 durante 184 microsegundos (un tiempo muy largo comparado con logros previos), con una fidelidad en la recuperación de la información del 93% (similar a la de trabajos previos) y con un rendimiento global de casi el 10% (también similar a logros anteriores). El cubit se implementa gracias a la polarización de un fotón y se almacena en una trampa óptica que contiene el átomo preparado de forma adecuada. Los autores del artículo han demostrado que la nueva memoria permite la medición cuántica del estado del cubit sin provocar la demolición de su estado. Los autores afirman en su artículo que la transferencia del estado del cubit fotónico a un átomo permitirá implementar nuevos esquemas de entrelazamiento entre cubits atómicos remotos: dos átomos quedarán entrelazados si el primer átomo emite un fotón que es almacenado en otro átomo que actúa como memoria (aunque aún no han logrado demostrar que este procedimiento funcione). El artículo técnico es Holger P. Specht et al, “A single-atom quantum memory,” Nature, Published online 01 May 2011.

En la figura que abre esta entrada observamos la nueva propuesta de memoria cuántica para un cubit fotónico. Un solo átomo (1) se encuentra atrapado en el centro de una cavidad óptica (2) formada por dos espejos troncocónicos (en la figura en color azul) gracias a un láser que crea un campo dipolar (en color verde en la figura). Para almacenar un cubit óptico en este átomo se hace incidir de forma simultánea un pulso láser de prueba (3) con un estado arbitrario de polarización (en color azul en la figura) junto al fotón (4) cuya información (polarización) cuántica va a ser almacenada (flecha roja en la figura). Una vez escrita la memoria, se elimina el láser de prueba (en color azul) y el cubit queda almacenado. Para la lectura se vuelve a incidir con la luz láser de prueba (5) y el átomo almacenado emite un fotón que recupera la información cuántica almacenada en el átomo.

11 Comentarios

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lectorlector

Interesante…
No puedo por menos que comentar la similitud “gráfica” que recuerda a los históricos núcleos de ferrita como deldas de almacenamiento. Incluso de la similitud conceptual para la escritura y la lectura de información.
Saludos

Juan Manuel Dato

Me vais a permitir decir una tontería…, yo creo que se está haciendo al revés: en vez de buscar materiales con comportamiento decoherente que se mantengan coherentes por el suficiente tiempo para almacenarlos en los transistores convencionales, yo creo que lo mejor sería que el propio sistema de transistores incluya un modelo de por sí decoherente (con un calibre estratégicamente elegido) que permita trabajar temporalmente algunos datos antes de almacenarlos digitalmente.

Esto es, si realmente hay algún que otro matemático que dice entender la conjetura de Yang-Mill, si es que está bien enfocada…, entonces sólo habría que buscar un sistema ya sea cibernético o digital para implementar un modelo más bien electrónico…

Lo que pasa es que como no me fío mucho del modelo físico que se está usando… Y es una pena, la programación cuántica es más sencilla que la programación digital, lo cual suena escabrosamente sospechoso.

(En mi opinión)

emulenewsemulenews

Perdona, Juan Manuel, pero no entiendo tu comentario. ¿Qué entiendes por la conjetura de Yang-Mills? ¿Te refieres al problema del bandgap de masa (Premio Clay del Milenio)? ¿Qué entiendes por “más sencilla” en tu última frase?

Juan Manuel Dato Ruiz

Sí, me refiero al problema del milenio, al que le he asociado (quizá por error) el mismo problema del calibre (gauge). Esto es, cuanto mayor es el calibre, tal como lo creí entender al leer tales documentos, mayor es la holgura que deja para evitar la decoherencia. Malo es leer mis conclusiones, pues no soy más que un pobre ronin.

No hay que olvidar que mi nivel en física es bastante bajo, por eso debo insistir en que me veo en la obligación de mantenerme conque no entiendo del todo lo que leo. Yo mismo he desarrollado algo por mi parte y corre el riesgo de que sean cosas demasiado sencillas como para que sean comparables con toda esa amalgama de modelos que, en cuanto a que calculan otras tantas cosas, no parece justo de poner al mismo nivel.

Por otro lado, la programación cuántica es más sencilla en un aspecto muy simple: consiste en aplicar un modelo que transforma un estado en otro sin pérdida de información. En la programación digital la lucha continua a la que se enfrenta el diseñador es a que la “carrera” que está llevando a cabo bien podría acabar con riesgos que debilitarían el diseño final (como si se tratara de un cortocircuito eléctrico – pero a nivel de información), creando basura para destruir todo el estado al completo. Para hacer desaparecer los riesgos digitales sólo hay que hacer dejar pasar el tiempo, justo lo contrario que con la programación cuántica, que tiene una cota de tiempo antes de que cualquier lectura valga nada.

emulenewsemulenews

Juan Manuel, “es más sencilla (…) transforma un estado en otro sin pérdida de información.” Lo que indicas se denomina “computación reversible” (la computación cuántica es siempre reversible, pero la computación clásica puede serlo o no, y es más “barato” en circuitería trabajar evitando la reversibilidad, por lo que los microchips convencionales no son reversibles).

Si te interesa el tema de la computación reversible (tanto clásica como cuántica) te recomiendo encarecidamente que busques por la web a Rolf Landauer, sus artículos desde 1961 y los muchos trabajos que le citan. Landauer es el padre de la “termodinámica de la computación.”

Juan Manuel Dato Ruiz

Efectivamente, la reversibilidad; tengo un modelo de computación a desarrollar al respecto… Gracias por el apunte, probaré a enfocar mi tiempo en Rolf Landauer.

Un saludo.

CarlosCarlos

me parece muy interesante el manejo al que se quiere llegar con la manipulacion atomos para el almacenamiento de informacion. Hasta ahora la computacion a nivel cuantico esta desarrollandose, no se debe sobreentender que sea sencillo, todo lo contrario. Empieza a dislumbrarse una serie de inconvenientes (el almacenamiento es uno de ellos) que vienen siendo parte del desarrollo del esta disciplina.
Si a nosotros como programadores en entrenamiento se nos complica la construccion de modelos que conocemos, que sera de nuestros hijos si deciden y se apasionan por esta nueva rama en la programacion? Aqui la frase de que el cielo es el limite se aplicaria en toda su extension.

saludos

Juan Manuel Dato Ruiz

jeje – hasta que no pediste disculpas no me dí cuenta…

Me puedo equivocar como visionario, pero creo que lo que complicará la capacidad para aprender a programar no va a ser la creación de un nuevo hardware (ya que el ensamblaje siempre ha sido lo más fácil – sólo hay que pensar como una máquina). Lo que realmente complica la programación deberá ser los lenguajes de última generación (como pasa siempre). Esto es por la propia metodología, que pretende simular todas las formas de pensamiento que tiene el ser humano y reducirlas a 0′s y 1′s.

Esto es, cuando seamos capaces de controlar el lenguaje natural, entonces la programación en ese lenguaje llevará a diseños lógicos y conceptuales…, que vamos.

Por otro lado, a la computación cuántica quizá le falte las conclusiones del memristor para ver cómo se reorganiza toda la física orientado a los flujos (si es que es verdad que es más fácil así). O quizá lo que le falte a la computación cuántica sea el modelo universal unificado que nos permita entender el comportamiento de las fuerzas más internas y su composición…, quién sabe, todo esto es aún ciencia ficción ¿o no?

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