Los investigadores del instituto de investigación MESA + de la Universidad de Twente han logrado transmitir más de 10 bits de información con un solo fotón usando un método ingenioso para detectar fotones individuales. El conocimiento adquirido de este estudio se puede utilizar para mejorar la seguridad y la velocidad de la comunicación cuántica.

Los resultados de la investigación se publicaron en la revista científica Optics Express.

Cuando se pregunta "¿Cuánta información puede transmitir usando sólo un fotón?" La mayoría de los científicos responderían "un poco" (un '1' o un '0'). En teoría, sin embargo, no hay límite para la cantidad de información que se puede transmitir con un solo fotón. Hay, sin embargo, muchas consideraciones prácticas que limitan la cantidad de información por fotón. Usando un método innovador, los investigadores de la Universidad de Twente han logrado transmitir no menos de 10.5 bits de información con una sola partícula de luz.

Método
El profesor Pepijn Pinkse, uno de los investigadores involucrados, explica cómo funciona el sistema. "Se puede comparar con el brillo de un puntero láser en letras montadas en una placa. La letra iluminada es la información contenida en la luz del puntero láser. El número de letras de la placa determina la cantidad de información que puedes transmitir con la luz. "La diferencia principal es que el profesor Pinkse y su equipo crearon un alfabeto de 9072 caracteres, y ellos, de forma distinta al puntero del laser, transmitió la información con un solo fotón. Ese fue el desafío clave en este estudio: la detección de un solo fotón. Esto se debe a que el ruido (fotones aleatorios) puede impedir la medición. Los investigadores idearon un ardid inteligente para eliminar cualquier ruido. Explotaron el hecho de que los fotones azules individuales pueden dividirse en exactamente dos fotones rojos. Los investigadores organizaron el primer fotón para enviar una señal al detector (que es comparable a una cámara digital), que luego se abrió muy brevemente. Usando un espejo, el segundo fotón fue dirigido a la letra deseada del alfabeto especialmente creado. Sin embargo, obligaron a este fotón a hacer un ligero desvío, de modo que llegara a la letra objetivo exactamente al mismo tiempo que el detector se abriera. Ese fue el único momento en el que los fotones pudieron pasar al detector. De esta manera, los investigadores fueron capaces de eliminar el ruido.

En términos prácticos, es difícil especificar la cantidad máxima de información que se puede transmitir con un solo fotón, de acuerdo con Pinkse. "Usando nuestro método, no hay límite teórico para la cantidad de información que se puede enviar. La cantidad de información depende del tamaño del alfabeto que cree. Pero, incluso si pudieras crear un alfabeto con tantos caracteres como átomos en nuestro universo entero, solo podrías transmitir un máximo de 270 bits con un fotón.