El laboratorio de Thomas Halfmann parece un escenario de ciencia ficción, y lo que consigue en él, también. Este experto en física cuántica de la Universidad Técnica de Darmstadt es el único hombre del mundo capaz de detener la luz durante un minuto. Esta hazaña le valió un récord mundial con un aplicación directa: crear nuevas memorias capaces de guardar luz para usarlas en futuros ordenadores y sistemas de comunicación cuántica. Pero lejos de conformarse, este físico persigue ya un nuevo reto.
“Esperamos conseguir tiempos de almacenamiento de hasta una semana”,
explica Halfmann, que usa un complicado entramado de ordenadores, haces de luz láser y campos magnéticos para congelar en el tiempo las partículas más rápidas del universo: los fotones que componen la luz.
A simple vista, el prototipo de memoria cuántica que ha construido el equipo de Halfmann no tiene nada ver con un disco duro. Se trata de una habitación entera llena de ordenadores e instrumentos ópticos cuyo coste total está en torno al medio millón de euros. Bajo un tubo en forma de U invertida, se esconde el dispositivo más importante: el cristal donde Halfmann logra atrapar la luz y volver a liberarla a voluntad enviando un mensaje.
El cristal está dentro de un criostato, un instrumento que lo mantiene a 269 grados bajo cero para optimizar las cualidades ópticas del material. Una vez enfriado, un rayo de luz láser modifica los átomos que componen el cristal y hace que sean capaces de retener fotones.
Luego Halfmann usa un segundo rayo láser en el que codifica un mensaje, en este caso una imagen muy simple con tres barras horizontales. Ese haz de luz queda atrapado por los átomos del cristal durante fracciones de segundo, como ya habían demostrado otros equipos.
Para mejorar los tiempos de almacenamiento, el equipo de Halfmann recurrió a algoritmos que imitan ”estrategias evolutivas”
para buscar los pulsos de luz láser que permiten un mayor tiempo de almacenamiento.
Además, el experimento de Halfmann, descrito en un estudio publicado en Physical Review Letters, usa campos magnéticos que actúan sobre el cristal y prolongan el almacenamiento hasta llegar al minuto, un tiempo casi cuatro veces superior al que se había conseguido hasta ahora.
“Es un sentimiento fascinante saber que tenemos al alcance de la mano los datos que han batido un récord mundial”,
explica Halfmann.
"No esperes comprarte un ordenador cuántico en 30 años"
Científicos de todo el mundo trabajan ya en establecer una red de comunicación cuántica a nivel mundial. Sería una forma de internet virtualmente imposible de hackear en el que las claves secretas irían codificadas en fotones. Cualquier intento de espiar esa clave modificaría el fotón, desvelando un intento de hackeo y deteniendo la transmisión de información.
Pero para hacer este tipo de comunicación viable a grandes distancias es necesario el uso de memorias capaces de almacenar los mensajes y también repetidores que los capten y reenvíen, ya que los mensajes transmitidos en fotones se disipan más allá de distancias de unos 200 kilómetros. El instrumento de Halfmann es un prototipo de esas memorias y repetidores cuánticos.
“Nuestra instalación es muy compleja y muy cara debido al coste de los láseres, los instrumentos ópticos y los criostatos”,
admite Halfmann sobre la posibilidad de crear un prototipo comercial. Uno de los retos del físico es convertir su instrumento en verdadera tecnología cuántica. Para ello tiene que reducir sus haces de luz hasta llegar al nivel de un solo fotón, que es en el que opera la comunicación cuántica.
El otro reto es explorar nuevos cristales que permitan almacenar los mensajes escritos en luz durante más tiempo.
“En otros materiales, por ejemplo cristales tratados con europio en lugar de praseodimio (dos elementos considerados tierras raras), esperamos obtener tiempos de almacenamiento de hasta una semana”,
explica Halfmann, al que le quedan muchos años de trabajo por delante.
“Harán falta varias décadas de investigación para miniaturizar los instrumentos, aumentar su robustez, etc.”, señala. Y al mismo tiempo advierte:
“No esperes poder comprarte un ordenador cuántico en 20 o 30 años”.
