Fue un fotón, ahora es un fonón: los físicos lograron detener la luz durante una hora

Científicos de la Academia de Información Cuántica de Pekín (BAQIS) han establecido un récord mundial en la duración del almacenamiento de luz. Lograron retener información codificada mediante señales de luz durante 4 035 segundos, más de una hora. Este logro abre nuevas oportunidades para el desarrollo de tecnologías cuánticas.

Los fotones viajan a una velocidad de 300 000 kilómetros por segundo, lo que hace extremadamente difícil su retención. Debido a su naturaleza cuántica, casi no interactúan entre sí y están en constante movimiento: esta es una propiedad fundamental de la luz. Mientras que los objetos materiales convencionales pueden ser detenidos mediante barreras físicas, estas partículas solo tienen dos estados: o se desplazan a la velocidad máxima o desaparecen al ser absorbidas por la materia.

Para superar esta limitación, los investigadores chinos idearon una solución original: aprendieron a convertir las señales de luz en señales sonoras. Con estas últimas es mucho más fácil trabajar, ya que se mueven considerablemente más despacio. "Imaginen los fotones como diminutas esferas que se desplazan a gran velocidad. Cuando chocan contra una película delgada, la amplitud de la luz, la frecuencia y otra información se transforman en señales sonoras. Al almacenar estas señales en la película, la luz puede ser retenida", explica otro participante del estudio, Li Tefu.

La película delgada de carburo de silicio monocristalino es el elemento clave de esta nueva técnica. Este material no solo puede convertir señales de luz en sonido, sino que posee un conjunto de propiedades únicas. Como se mencionó antes, cuando los fotones llegan a la superficie de la película, su energía se convierte en vibraciones mecánicas, una especie de ondas sonoras dentro del material. Es en esta forma donde la información puede almacenarse durante un tiempo relativamente prolongado.

El carburo de silicio es ideal para esta tarea gracias a su estructura cristalina. Sus átomos están dispuestos de manera tan ordenada que las vibraciones pueden propagarse con pérdidas mínimas de energía. Los cristales son capaces de soportar tensiones intensas sin descomponerse ni perder sus propiedades.

Experimentos anteriores con aluminio metálico y nitruro de silicio no lograron resultados similares. Estos materiales disipaban la energía rápidamente debido a imperfecciones en su estructura. Como resultado, las ondas sonoras que transportaban la información de la luz se desvanecían en fracciones de segundo.

Ahora, el equipo no solo ha conseguido retener la luz durante un tiempo récord, sino que también ha logrado controlar con precisión todo el proceso. El sistema permite gestionar la velocidad de propagación de las señales en el cristal, creando una especie de "bolsillos de memoria".

Los resultados más impresionantes se obtuvieron al enfriar el cristal a una temperatura cercana al cero absoluto, a milésimas de kelvin. En estas condiciones, las vibraciones de los átomos en la red cristalina del carburo de silicio son mínimas, lo que permite conservar los datos registrados con máxima precisión. Gracias a su excelente conductividad térmica, todo el sistema se mantiene excepcionalmente estable, evitando distorsiones en las señales con el paso del tiempo.

Este descubrimiento podría tener un impacto significativo en el desarrollo de las computadoras cuánticas. Las máquinas de cálculo clásicas procesan información en forma de bits, que solo pueden adoptar los valores de 0 o 1. En los sistemas cuánticos, en cambio, se utilizan cúbits, que pueden estar en ambos estados simultáneamente gracias al principio de superposición. Los fotones son portadores ideales de información cuántica: la transportan a grandes distancias y participan en operaciones computacionales complejas. Sin embargo, su movimiento continuo impide que los datos se conserven el tiempo suficiente para realizar cálculos, por lo que la conversión de fotones en fonones representa un avance crucial hacia la creación de una "memoria cuántica".

Actualmente, el equipo trabaja en ampliar aún más el tiempo de almacenamiento de la información, aumentar su densidad y mejorar la compatibilidad con otras tecnologías cuánticas.