El Separador de Fotones Abre la Puerta a las Computadoras Cuánticas Todo‑Ópticas

Un equipo de investigadores dirigido desde la Universidad de Basilea, en Suiza, demostró en 2024 un dispositivo que separa estados de un solo fotón de estados con varios fotones. El resultado mejora el control de las interacciones entre luz y materia a escala cuántica y podría contribuir a futuras puertas lógicas fotónicas. No constituye un superordenador cuántico operativo.

El estudio del separador de fotones

Los investigadores estudiaron cómo un emisor cuántico situado en una microcavidad óptica puede separar estados fotónicos. El emisor es un punto cuántico: una nanoestructura semiconductora que, bajo determinadas condiciones, se comporta como un átomo. El estudio describe una realización del llamado átomo unidimensional, en el que el emisor se acopla principalmente a un modo óptico. La descripción teórica amplía el modelo de Jaynes–Cummings de un solo modo.

Variaciones del modelo Jaynes-Cummings

El modelo de Jaynes–Cummings, presentado en 1963, describe la interacción entre un sistema de dos niveles energéticos y un campo electromagnético cuantizado. Es una herramienta importante de la óptica cuántica.

En este experimento, los investigadores buscaban una elevada eficiencia de acoplamiento, expresada por el factor β, y una baja pérdida de coherencia de fase. Conseguir ambas características es un reto experimental. Una teoría que va más allá del modelo de un solo modo concordó bien con los resultados.

Prueba experimental

El dispositivo utiliza un punto cuántico semiconductor en una microcavidad abierta y ajustable. El punto cuántico no es un «fotón de una sola capa». La configuración de la cavidad permite modificar el acoplamiento y, con ello, las estadísticas de la luz de salida.

Láser

Una luz láser débil entra por un espejo parcialmente transparente e interactúa con una isla semiconductora de unos 20 nm de anchura. El punto cuántico está integrado en el otro espejo de la cavidad. La interacción es distinta para los estados de uno y de varios fotones.

Un divisor de haz sensible a la polarización dirige las componentes de salida hacia puertos diferentes. El dispositivo separa estados cuánticos según su interacción con el emisor; no necesita que los fotones estén físicamente unidos de antemano. Tampoco mide directamente la energía de cada fotón.

Resultados

Con una entrada láser débil, los investigadores obtuvieron una extinción del 99,2 % en la transmisión. Esta cifra no equivale a una precisión general de clasificación del 99,2 %. También observaron una intensa agrupación de fotones en la salida multifotónica, con una función de correlación de segundo orden g²(0) = 587.

La cavidad ajustable permite cambiar las estadísticas desde la agrupación hasta la antiagrupación. Esto resulta útil para crear y controlar estados cuánticos de luz.

Posibles aplicaciones

Una aplicación posible es el desarrollo de puertas lógicas cuánticas fotónicas, en las que el estado de un fotón influye en la evolución de otros. El estudio supone un paso hacia esos componentes, pero no demuestra un ordenador cuántico óptico completo, escalable y tolerante a fallos.

Ventajas del separador de fotones

El dispositivo ofrece una forma eficiente y ajustable de estudiar la interacción entre luz y materia con pocos fotones. Otros experimentos ya habían investigado fotones individuales; la aportación de este trabajo reside en sus prestaciones y posibilidades específicas de control.

Control de las estadísticas fotónicas

El control de la agrupación y la antiagrupación puede ayudar a generar estados fotónicos especiales y puertas de fase de dos fotones. El resultado no demuestra una nueva forma de producir electricidad a partir de fotones individuales ni una mejora general de la eficiencia energética de futuros ordenadores.

Investigadores

En la colaboración participaron investigadores de Suiza y Alemania, entre ellos Richard Warburton, de la Universidad de Basilea. La demostración se apoya en décadas de investigación en óptica cuántica y abre nuevas líneas de estudio y desarrollo tecnológico.

Dos empresas de sectores tecnológicos relacionados

La investigación cuántica interesa a numerosas empresas, pero este estudio no demuestra que compañías concretas vayan a adoptar el dispositivo o aumentar sus beneficios. Las empresas siguientes operan en áreas distintas y no son beneficiarias comerciales directas acreditadas de este resultado.

1. Honeywell

HON Gráfico de precios

Honeywell es un grupo industrial con actividades en aeronáutica, tecnologías para edificios y automatización. También participa en computación cuántica a través de Quantinuum. Su historia se remonta a principios del siglo XX, aunque la estructura actual es resultado de fusiones posteriores.

La fusión con AlliedSignal tuvo lugar en 1999. En 2005, Honeywell adquirió a Dow el 50 % restante de UOP por 825 millones de dólares, convirtiéndola en una filial de su propiedad íntegra. No fue una compra por 1.200 millones de dólares en 2002. El grupo ofrece, entre otros productos, sistemas de control ambiental y energía eléctrica, componentes de motores y soluciones de seguridad y automatización.

Honeywell tenía alrededor de 95.000 empleados y declaró unas ventas totales de 36.662 millones de dólares en 2023. La cifra corresponde al conjunto del grupo, no al negocio de ordenadores cuánticos. Las clasificaciones y los premios no bastan para justificar una recomendación de mantener la acción ni una futura subida de su cotización.

2. Arqit Quantum ARQQ

Arqit Quantum (ARQQ ) es una empresa británica de ciberseguridad que desarrolla software para el acuerdo de claves simétricas de cifrado. Su objetivo incluye proteger las comunicaciones frente a futuras amenazas cuánticas. Los ordenadores cuánticos potentes podrían comprometer ciertos sistemas criptográficos, pero no se prevé que sustituyan todas las formas de computación convencional.

Entre los fundadores de Arqit se encuentran David Williams y David Bestwick. QuantumCloud es una plataforma de acuerdo de claves criptográficas, no un servicio ordinario de almacenamiento en la nube. La seguridad depende del diseño, la implementación y la gestión del sistema completo y no es una garantía absoluta frente a cualquier ataque.

La cotización de Arqit fluctuó durante el periodo descrito en el artículo. La demanda de comunicaciones seguras puede generar oportunidades, pero no garantiza crecimiento ni rentabilidad bursátil. La situación financiera, los clientes y los riesgos tecnológicos requieren una evaluación independiente.

En agosto de 2024, Sparkle anunció que había completado una prueba de concepto de red como servicio utilizando el cifrado de Arqit y equipos y software de otros colaboradores. La demostración examinó servicios de red y seguridad, no un ataque real de un ordenador cuántico potente ya disponible.

Arqit ha comunicado diversos reconocimientos en tecnología y ciberseguridad, entre ellos varios de 2023. Estos premios no demuestran que fabrique ordenadores cuánticos ni garantizan la seguridad de cualquier implementación.

El desarrollo de la tecnología cuántica

La capacidad de cálculo y la seguridad de las comunicaciones son importantes para la economía, los servicios públicos y la seguridad nacional. El desarrollo de la tecnología cuántica requiere investigación, evaluación de riesgos y medidas de protección adecuadas.

Separadores de fotones y computación cuántica óptica

La computación cuántica sigue avanzando, pero quedan grandes dificultades técnicas. Los separadores de fotones podrían ser un componente de futuros sistemas. Esta demostración no significa que ya existan ordenadores cuánticos pequeños y asequibles para todos ni que vayan a sustituir universalmente a los ordenadores clásicos.

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