Las transmisiones de hoy en día cuentan con la tecnología suficiente como para utilizar la luz con el fin de transportar información de un lado a otro. Esto es algo que se ha vuelto tan cotidiano como la fibra óptica, que funciona mediante oleadas de fotones, cuyo movimiento lleva los datos de un lugar a otro. Al llegar a un punto de destino, como puede ser un router, estas partículas lumínicas se transforman en electricidad. Al ser enviadas de nuevo a través del cableado, vuelven a convertirse en luz.
Los fotones sólo se han podido utilizar para transmitir información, pero no para almacenarla. Y en el proceso de transporte intervienen millones de partículas, sin que sea posible tratar cada una de ellas individualmente. La situación actual puede dar un vuelco a raíz de una investigación salida del laboratorio la Universidad de Ciencia y Tecnología de China. Los científicos implicados en este estudio han creado la primera memoria que utiliza fotones individuales para almacenar datos.
Han logrado generar un único fotón y almacenarlo en una nube cilíndrica de átomos de rubidio durante 400 nanosegundos. Después el fotón ha sido liberado y así se ha completado un proceso que no se había conseguido hasta ahora. Experimentos anteriores habían fallado en la última fase, la de transmitir la partícula. Este problema se debe a la inestabilidad de las memorias en las que se almacenaban.
Un fotón guarda la información de un modo muy diferente a como lo hace un bit. Este último sólo puede tener dos valores, o bien se registra como un 1 o como un 0. Sin embargo, la partícula lumínica físicamente dispone de una estructura con hélices que puede ser retorcida o moldeada de múltiples formas. En ella es capaz de almacenar muchos más valores que los dos que ofrece el código binario.
Las nuevas dimensiones de la información
El éxito de los científicos chinos se fundamenta en la memoria basada en una nube de átomos de rubidio, que almacena el fotón mediante transparencia inducida electromagnéticamente (EIT, por sus siglas en inglés). Este fenómeno posibilita que la velocidad a la que se propaga la onda se ralentice al interactuar con el medio, lo que proporciona el margen suficiente para almacenar el fotón durante 400 nanosegundos, una cantidad que ya contabiliza como memoria en informática. Al ser liberada la partícula mantenía la misma estructura espacial.
El otro avance está ligado al fenómeno OAM (orbital angular momentum). Los científicos chinos han preservado en el fotón este modelo, diferente al que es habitual en las transmisiones lumínicas, que produce la polarización de las partículas. El OAM, en cambio, usa su estructura tridimensional, logrando así almacenar una mayor cantidad de información. Conservar esta propiedad es el primer paso para combinarla con la polarización en un mismo fotón, multiplicando las combinaciones para guardar datos por un número infinito, según la teoría.
Un paso hacia la computación cuántica
El experimento apunta a la consecución de la informática cuántica, basada en qubits, frente a los bits en los que se basa la tecnología de hoy en día. Los primeros ofrecen un crecimiento exponencial de la capacidad, en oposición al sistema binario actual. Tanto es así que un ordenador de unas decenas de qubits alcanzaría niveles de procesamiento de una supercomputadora actual, de varias decenas de TB de RAM.
La capacidad de almacenar fotones individuales y preservar su estructura (la información que contienen) al ser transmitidos es básica para conseguir unas comunicaciones en estado cuántico. Los routers ganarían esta capacidad y con ello Internet evolucionaría a una nueva fase. Las partículas podrían transportar una cantidad mucho mayor de información. De esta manera las conexiones serían más rápidas y las memorias tendrían una capacidad muy superior a las de ahora.
Todo esto queda lejos, pero la investigación se encamina en esta dirección como una salida al estancamiento que tarde o temprano llegará al mundo de los microchips. Éstos aumentan su potencia cuanto más pequeños se hacen y más cantidad de ellos caben en el mismo espacio. Esta tendencia tiene un límite físico cuando se alcanza la escala de nanómetros. Los electrones se descontrolan y no circulan por donde deben. Las partículas cuánticas ofrecen una nueva dimensión en tanto su estructura no está limitada a dos valores, lo que hace que su capacidad sea considerablemente superior y los límites queden muy, muy lejanos.
Imagen: NASA Goddard Photo and Video
