Un nuevo estudio en el que participó el académico del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile, Dr. Rodrigo Vicencio, propone y valida experimentalmente un método innovador para almacenar estados cuánticos en regiones precisas del espacio. El hallazgo representa un paso significativo hacia el desarrollo de futuras tecnologías de almacenamiento cuántico.
La investigación fue publicada en la revista científica Physical Review Letters bajo el título “Almacenaje de estados cuánticos usando sistemas con bandas planas”, y presenta un avance que podría resultar clave para el diseño de memorias cuánticas más estables y controlables.
El desafío de almacenar información en el mundo cuántico
Almacenar información de manera confiable es uno de los grandes retos de las tecnologías emergentes. En los sistemas clásicos, los datos se codifican en ceros y unos (bits digitales) que pueden transmitirse y almacenarse con relativa estabilidad.
En contraste, los estados cuánticos se expresan como superposiciones de esos mismos ceros y unos, lo que los hace extremadamente frágiles. Pequeñas perturbaciones pueden alterar o destruir la información almacenada, dificultando su conservación en el tiempo.
“En la mayoría de los sistemas físicos, los estados —ya sea energía, luz u ondas— tienden a expandirse por todo el sistema. Sin embargo, existen configuraciones geométricas especiales, conocidas como sistemas de bandas planas, donde algunos estados están completamente confinados en una región muy pequeña del espacio”, explica el Dr. Vicencio.
Bandas planas: confinamiento perfecto de estados
En sistemas convencionales, los estados de la luz —tanto clásicos como cuánticos al considerar promedios— presentan una distribución exponencial con una “cola” que se extiende indefinidamente.
En cambio, en sistemas de bandas planas emergen estados perfectamente localizados, cuya distribución es estrictamente nula fuera de una región determinada. Es decir, el estado no se dispersa: permanece completamente confinado.
“Eso es justamente lo que los hace tan atractivos para el almacenamiento de información, cuántica por ejemplo”, añade el investigador.
Un método indirecto y remoto para activar estados localizados
El equipo propuso un método indirecto y controlado para activar estos estados compactos en posiciones específicas del sistema, sin intervenir directamente el lugar donde se desea almacenar la información.
En el experimento, los investigadores enviaron un pulso de energía desde un extremo de la red fotónica. Luego, activaron una región específica en un momento determinado, permitiendo que el pulso excitara resonantemente un estado localizado que quedaba almacenado en esa zona.
Para ilustrarlo, Vicencio utiliza una analogía. “Imaginemos el agua del mar como si fuera un pulso de energía que llega a la orilla. Si antes dejamos pequeñas huellas en la arena, cuando el agua llega se acumula justo en esos hoyos. Ahí queda almacenada. Luego podemos repetir el proceso en otro punto y crear un nuevo lugar de almacenamiento”.
De forma análoga, el método permite “preparar” regiones específicas para capturar el pulso de energía en el momento preciso.
Validación experimental y proyección tecnológica
El resultado fue validado experimentalmente utilizando estructuras fotónicas fabricadas en el Laboratorio de Redes Fotónicas del Departamento de Física de la Universidad de Chile.
No obstante, su alcance trasciende el ámbito fotónico. Según los autores, el enfoque es aplicable a cualquier sistema donde se propaguen ondas, abriendo un amplio abanico de posibles aplicaciones:
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Desarrollo de memorias cuánticas más robustas
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Almacenamiento de información óptica
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Excitación controlada de estados superconductores
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Manipulación de ondas acústicas
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Control selectivo de enlaces en macromoléculas
“El potencial es enorme. Cualquier tecnología donde sea importante almacenar ondas —ya sea de luz, sonido o cuánticas— podría beneficiarse de este tipo de mecanismos”, concluye Vicencio.
Con este trabajo, el Departamento de Física de la FCFM consolida su presencia en investigación de frontera a nivel internacional, contribuyendo al desarrollo de soluciones que serán fundamentales para las tecnologías fotónicas y cuánticas del futuro.
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