Súperátomos al rescate: cómo un nuevo descubrimiento podría salvar el internet cuántico

Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers presentaron una nueva clase de sistemas cuánticos — superátomos gigantes, capaces de transmitir de forma fiable estados cuánticos entre dispositivos remotos. Este descubrimiento puede ser un paso adelante en la creación de redes cuánticas protegidas y escalables.

Las tecnologías cuánticas modernas se basan en la capacidad de los sistemas para transmitir estados cuánticos entrelazados, preservándolos de la destrucción — proceso conocido como decoherencia. Para ello se requieren estructuras especiales, resistentes al ruido externo y con capacidad de transmisión dirigida de información.

En los últimos años para estos fines se comenzaron a emplear los llamados átomos gigantes — estructuras artificiales que interactúan con el entorno en varios puntos remotos. Ahora los científicos han ido más allá, desarrollando un nuevo tipo de sistemas semejantes — superátomos gigantes. Estos se componen de dos o más átomos artificiales unidos en una única estructura cuántica multidimensional. A diferencia de soluciones previas, estas estructuras presentan enlaces internos, lo que amplía su funcionalidad.

El grupo de investigación propuso dos variantes de configuración de superátomos: entrelazadas, donde los puntos de enlace entre las estructuras se cruzan, y separadas — sin intersecciones. En el primer caso se logra realizar la transmisión de información cuántica entre dispositivos conservando el entrelazamiento, y la segunda es adecuada para crear emisión dirigida, en la que los fotones se propagan estrictamente en una sola dirección.

Los investigadores subrayan que los superátomos pueden configurarse de manera que transmitan estados cuánticos de forma fiable, evitando su distorsión. Esto es especialmente importante para el desarrollo de comunicaciones cuánticas y de la computación distribuida. Potencialmente, esas estructuras podrían utilizarse para construir redes resilientes en las que la información cuántica se transmita sin pérdidas.

Además, los investigadores consideran la posibilidad de aplicar los superátomos en entornos más complejos — por ejemplo, en sistemas topológicos o fotónicos con propiedades especiales. Esto abre perspectivas para la protección del entrelazamiento y el control de flujos de fotones en condiciones inaccesibles para otros emisores cuánticos.

Las concepciones propuestas pueden convertirse en la base de la próxima generación de tecnologías cuánticas, en las que los efectos únicos de interferencia característicos de las estructuras gigantes se utilizarán de manera más eficiente y en un espectro más amplio de tareas. Los autores planean desarrollar el proyecto, acercando las ideas teóricas a la aplicación práctica.