Los estudios en sistemas ópticos e información cuántica pueden aumentar la eficacia en la computación

Científicos de Lyon y de São Paulo dieron a conocer tecnologías que permiten aplicar la luz para transmitir información en sistemas cuánticos durante la FAPESP Week France

Por Heitor Shimizu, desde Lyon  |  Agência FAPESP – Ciertos fenómenos físicos y la manipulación de la luz para la transmisión de información constituyeron los temas de una sesión de conferencias durante la FAPESP Week France que congregó a científicos del estado de São Paulo y de la Universidad de Lyon. 

Los investigadores abordaron la fotónica integrada, la nanotecnología y el entrelazamiento cuántico, entre otros campos que han permitido expandir las posibilidades de investigación en sistemas ópticos de comunicación, y que podrán servir de base para el desarrollo de computadoras cuánticas. 

“Algunas características cuánticas inspiran nuevos conceptos en el área de la ciencia de la información, en un escenario en el cual la eficiencia en la computación, el almacenamiento y el transporte de información pueden expandirse”, dijo Paulo Nussenzveig, profesor titular del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo, durante el simposio realizado en Lyon y en París hasta el día 27 de noviembre de 2019.  

Nussenzveig habló sobre la información cuántica con múltiples modos de luz, y puso de relieve que la luz cuántica se adecua no solo a las comunicaciones, sino también a la computación. 

El investigador hizo referencia también a otro concepto sumamente prometedor en los estudios enfocados en el desarrollo de dispositivos cuánticos de transmisión de información: el entrelazamiento. 

El entrelazamiento cuántico es un fenómeno de la mecánica cuántica según el cual dos o más objetos (que pueden ser ondas o partículas) se encuentran tan enlazados que no puede realizarse una descripción correcta de uno de ellos sin mencionar al otro, aun cuando ambos se encuentren separados por millones de kilómetros. Esto lleva al establecimiento de correlaciones sumamente fuertes entre las propiedades físicas observables de las diversas partículas subatómicas.

A causa del entrelazamiento cuántico, “las mediciones en una partícula suministran información sobre el estado de otra partícula; pero, puesto que al momento de la medición los sistemas no se encuentran interactuando, ningún cambio puede producirse en el segundo sistema como consecuencia de algo que suceda en el primer sistema”, dijo Nussenzveig. 

En un experimento realizado por el grupo de Marcelo Martinelli y Nussenzveig en el IFUSP, los científicos lograron obtener un entrelazamiento de seis ondas de luz generadas por una fuente de luz láser que desarrollaron denominada Oscilador Paramétrico Óptico (OPO).  

Los resultados de esa investigación –que tuvo lugar en el marco del Proyecto Temático intitulado “Exploración de la información cuántica con átomos, cristales y chips”, y que contó con el apoyo de la FAPESP y la conducción de Martinelli– salieron publicados en la revista Physical Review Letters, en 2018. 

Antes, en 2009, el grupo del IFUSP había obtenido el entrelazamiento de tres ondas luminosas. Y esa investigación salió publicada en Science. 

La fotónica cuántica integrada

Felippe Alexandre Silva Barbosa, del Instituto de Física Gleb Wataghin, de la Universidad de Campinas (Unicamp), disertó sobre fotónica cuántica integrada en la misma sesión de la FAPESP Week France. 

“En la fotónica integrada, el objetivo principal consiste en desarrollar tecnologías que permitan codificar, transmitir y procesar información mediante el empleo de luz”, dijo Silva Barbosa, quien también investiga con el Oscilador Paramétrico Óptico junto a Nussenzveig y Martinelli: los tres son autores del artículo publicado en el año 2018 en Physical Review Letters. 

“El área de fotónica integrada se ubica en la línea de frente de la investigación científica y tecnológica desde hace más de una década. Más recientemente, los desarrollos en plataformas de fotónica integrada han generado progresos en otros campos, tales como los de la óptica no lineal, la microfluídica, el aprendizaje de máquinas y la información cuántica”, dijo. 

Según Silva Barbosa, diversos avances en las áreas de información cuántica y fotónica integrada han ayudado a “empujar los límites tanto en la investigación en ciencia fundamental como en lo concerniente a tecnología de punta”. 

“En los últimos años ha habido una intersección creciente entre esas dos áreas de investigación, lo que ha resultado en el campo emergente de la fotónica cuántica integrada”, dijo. Con el apoyo de la FAPESP, Silva Barbosa lleva adelante un proyecto de investigación cuyo objetivo principal consiste en estudiar ese nuevo campo. 

“La investigación se concentra en la preparación de estados comprimidos, enmarañados y de fotones individuales, mediante la utilización de películas finas de nitruro de silicio y niobato de litio, dos plataformas fotónicas escalables e integradas”, dijo. 

La nanotecnología en Lyon

“El Instituto de Nanotecnología de Lyon es una estructura colaborativa con presencia en varios campus de la Universidad de Lyon. Somos alrededor de 200 personas trabajando en ciencia de materiales y nuevos conceptos en dispositivos y en integración de sistemas”, declaró Christian Seassal, director asistente del Instituto de Nanotecnología de Lyon, a Agência FAPESP.

Seassal, uno de los conferencistas durante la FAPESP Week France, Seassal comentó que el Instituto de Nanotecnología de Lyon cuenta con investigaciones en cuatro áreas principales: Materiales funcionales, Electrónica, Fotónica y energía fotovoltaica y Biotechnología e ingeniería de materiales.

“Venimos trabajando desde 2007 con tecnologías dedicadas en términos de óxidos funcionales, materiales semiconductores y nanomateriales −incluso nanohilos, por ejemplo−, y en nuevos conceptos concernientes al procesamiento de la información, la generación de energía, la biotecnología y la salud, entre otros”, dijo. 

Otros temas de investigación en el Instituto de Tecnología de Lyon son los siguientes: cristales fotónicos, integración de sistemas nanotecnológicos, dispositivos fotovoltaicos de silicio, sensores biomédicos, ropas inteligentes y nanofluidos. 

Más información sobre la FAPESP Week France en: www.fapesp.br/week2019/france.