Sin imanes ni equipos complejos: científicos lituanos encontraron una forma de «programar» átomos con luz
Un grupo de investigadores de la Facultad de Física de la Universidad de Vilna ha propuesto un modelo teórico que permite "programar" átomos con luz, prescindiendo por completo de campos magnéticos externos. Se trata de un enfoque fundamentalmente nuevo para controlar sistemas cuánticos, que podría simplificar la creación de dispositivos cuánticos.
La esencia del método radica en que la luz primero asigna a los átomos un estado determinado —los "programa"— y luego este medio atómico previamente preparado modifica la forma y la polarización de haces láser complejos. Un papel clave en el modelo lo desempeñan los vórtices ópticos: haces con una estructura helicoidal del frente de onda, en cuyo centro la intensidad cae a cero. El tamaño de esta región oscura está determinado por la llamada carga topológica, que puede tomar cualquier valor entero, tanto positivo como negativo.
En la práctica, esto significa que podemos obtener hasta 10 000 estados diferentes. En lugar de los habituales cúbits, que trabajan con dos estados, surge la posibilidad de codificar información en cudits —unidades multinivel de información cuántica—. Esto supone un salto colosal en capacidad y estabilidad de los cálculos.
Para controlar los vórtices vectoriales, los científicos modelaron la interacción de un haz láser con un gas atómico, donde los átomos tienen tres niveles de energía. En dicho sistema, el medio preparado "hereda" el patrón espacial de la luz: en unas regiones los átomos absorben fuertemente la radiación, mientras que en otras se vuelven casi transparentes. Se produce una retroalimentación: la respuesta atómica reconfigura el propio haz. En lugar de un simple anillo, aparece un complejo patrón lobulado con varias regiones brillantes alrededor del centro, y la estructura de polarización del haz cambia drásticamente.
Antes, un control similar requería potentes campos magnéticos externos y equipos voluminosos. El nuevo modelo promete liberar a los sistemas cuánticos de estas limitaciones.
En teoría, este desarrollo abre el camino hacia procesadores cuánticos más rápidos, redes de comunicación cuántica altamente seguras y sensores ópticos de ultra precisión. Mientras la industria aún lucha con la escalabilidad de los sistemas de cúbits, avances fundamentales como este en el control de estados cuánticos son precisamente lo que nos llevará más allá de las capacidades actuales.
Comentario del experto: Prescindir de campos magnéticos en el control cuántico no es solo una simplificación técnica. Es la eliminación de una de las principales barreras hacia sistemas cuánticos comercialmente viables. Si el modelo se confirma en la práctica, podríamos ver una clase completamente nueva de dispositivos cuánticos compactos que funcionen sobre mesas ópticas, y no en cámaras criogénicas.