Los skyrmiones cuánticos en un chip sobreviven cuando se rompe el entrelazamiento fotónico

Un chip fotónico construye luz con un giro

Conectar hardware cuántico a largas distancias requiere enviar fotones a través de fibra o aire libre, pero el ruido térmico disperso o la dispersión suelen colapsar los vínculos cuánticos. Para probar un mecanismo más robusto, los investigadores dedicaron casi cinco años a diseñar un dispositivo fotónico en el Singh Center for Nanotechnology de la Universidad de Pensilvania, según informó Interesting Engineering. Este chip microscópico de nitruro de silicio funciona como un circuito óptico completo diseñado para generar, dirigir y manipular luz cuántica en una única plataforma, lo que representa una innovación técnica en óptica integrada.

«Es como si el movimiento único de una bailarina se convirtiera de repente en parte de un dúo, y persistiera incluso cuando las bailarinas se separaban».

— Liang Feng, profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Universidad de Pensilvania

Codificar la topología matemática en fotones emparejados

El experimento comienza dirigiendo un pulso láser de femtosegundos hacia dos guías de onda en espiral en el chip. Mediante un mecanismo óptico no lineal llamado mezcla espontánea de cuatro ondas, el pulso genera pares de fotones entrelazados cuyos estados cuánticos quedan vinculados, según detalla Interesting Engineering. Interferómetros en miniatura guían las partículas por el chip y envían un fotón a resonadores de microanillo especialmente texturizados. Estas estructuras moldean la polarización y el momento angular orbital del fotón para formar un skyrmión cuántico: un patrón topológico similar a un vórtice en la luz que recorre todos los estados de polarización un número determinado de veces.

Las mediciones confirman que el patrón sobrevive al entrelazamiento cuántico

Mediante una medición de estados de Bell, los investigadores transfirieron esta estructura topológica al estado de dos fotones, alcanzando una fidelidad media del estado cuántico del 89 por ciento. La tomografía reveló un número topológico inicial de un solo fotón de 1,981, muy cercano al objetivo teórico de 2. Cuando el equipo inyectó deliberadamente ruido de fondo, el entrelazamiento cuántico se deterioró y finalmente cesó, pero la configuración de skyrmión persistió. Según el estudio publicado en Nature Physics y difundido por Interesting Engineering, las correlaciones supervivientes se registraron como discordia cuántica, una métrica que rastrea vínculos no clásicos más allá del entrelazamiento estándar.

Límites y próximos pasos para la comunicación cuántica

Aunque modelos físicos anteriores suponían que las estructuras de skyrmión dependían por completo del entrelazamiento, el experimento muestra que la topología se comporta de forma independiente bajo un ruido moderado. Una interferencia más intensa acaba destruyendo el patrón, y el equipo de investigación señala que el actual circuito prototipo todavía no constituye un canal de comunicación operativo sin entrelazamiento activo. Futuras investigaciones explorarán si estos estados topológicos pueden aprovecharse para proteger la transferencia de datos dentro de redes experimentales y del futuro hardware de computación cuántica.

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