Cinvestav desarrolla tecnologías cuánticas con diversas aplicaciones

Países como Estados Unidos, China o la Unión Europea realizan inversiones para desarrollar Tecnologías Cuánticas y México se suma a ellos. El Cinvestav Unidad Querétaro empieza a realizar aportaciones significativas en esa área del conocimiento, señalaron los investigadores del Cinvestav Karina Jiménez García y Neil Vladimir Corzo Trejo, durante su participación el Coloquio institucional de este Centro.

El Laboratorio de Tecnologías Cuánticas del Cinvestav Querétaro inició operaciones en 2018 y, en un esfuerzo conjunto del Cinvestav, el CONACYT y el Gobierno del Estado de Querétaro, se ha logrado equipar con tecnología de punta para la producción y desarrollo de experimentos con Átomos ultrafríos, Condensados de Bose-Einstein, Gravimetría cuántica, Criptografía cuántica, Redes de comunicación y Memorias cuánticas, explicó Jiménez García.

Gracias a esta infraestructura por primera vez en la historia del Cinvestav se cuenta con un espacio dedicado a la investigación experimental y desarrollo tecnológico a partir de sistemas de átomos fríos, producidos mediante el uso de técnicas de enfriamiento y atrapamiento láser.

Los átomos fríos son colecciones de vapores atómicos con muy baja energía cinética, en este caso los investigadores trabajan con átomos de Rubidio-87 y Cesio-133, mismos que se encuentran en el interior de sistemas de ultra alto vacío. Para generarlos se emplea una técnica de enfriamiento láser que aprovecha la interacción entre la luz y la materia, para crear un medio en el que los átomos al moverse experimentan una fuerza disipativa que reduce su energía cinética y permite hacer experimentación con ellos.

De acuerdo con Corzo Trejo, los átomos fríos son buenos candidatos para construir sensores cuánticos de ultra-alta precisión incluyendo relojes atómicos y gravímetros cuánticos (interferómetros atómicos); estos últimos se desarrollan actualmente en el Laboratorio de Tecnologías Cuánticas del Cinvestav Querétaro.

Con los gravímetros cuánticos se pretende medir la aceleración de la gravedad y cuanto más precisa sea la medición, mayores detalles podrán conocerse de la distribución de masa en la Tierra. Haciendo un cuidadoso mapeo del subsuelo se podrán identificar zonas de alta o baja densidad y, dependiendo del modelo teórico, se sabrá si existen minerales, petróleo, agua o cavidades sin necesidad de realizar perforaciones.

Además, a partir de estos átomos fríos, mediante el uso de otras técnicas de enfriamiento, se espera que se produzcan en el Laboratorio de Tecnologías Cuánticas los primeros condensados de Bose-Einstein, estos condensados son estados cuánticos de la materia que se pueden lograr con átomos y el laboratorio planea obtenerlos, en los próximos meses, usando enfriamiento láser y evaporación en trampas ópticas.

El Laboratorio de Tecnologías Cuánticas también busca crear canales y protocolos de criptografía cuántica que permitan establecer sistemas de comunicación ultraseguros, para garantizar la seguridad de la información enviada sin la posibilidad de ser interceptada por un espía; además, con la criptografía cuántica la distribución de llaves secretas de ese tipo y su intercambio tendrá mayor seguridad en la información circulante.

En este momento se trabaja en el protocolo BB84, mediante el cual se puede mandar información a través de qubits codificados en la polarización de la luz. Aquí se utilizan dos conceptos de la teoría cuántica: el teorema de no clonación donde es imposible crear una copia idéntica e independiente de un estado cuántico arbitrario; el segundo, es la generación de números realmente aleatorios, al emplear el ruido del vacío y su combinación representa el núcleo del protocolo para la distribución de llaves cuánticas.

El protocolo ya se encuentra funcionando en el Laboratorio pero se pretende llevarlo a campo; también se planea crear redes cuánticas, implementando memorias de esa naturaleza en los nodos de comunicación utilizando átomos fríos de Rubidio y/o Cesio, y en ellas se podrá almacenar por cierto tiempo la información. Además, se busca implementar nuevos algoritmos de corrección de errores y de amplificación de privacidad.

El Laboratorio de Tecnologías Cuánticas pretende implementar un canal cuántico de comunicación en la ciudad de Querétaro, partiendo de un primer canal cuántico operando dentro del campus de la Unidad y posteriormente implementándolo en la urbe.

En su oportunidad José Mustre de León, Director General del Cinvestav, sostuvo que con este tipo de investigación de frontera la institución se pone a la vanguardia en el desarrollo tecnológico y refrenda su liderazgo científico