Un haz de luz visible entra en una nube de miles de millones de átomos de rubidio enfriados casi hasta el cero absoluto, y sale por el otro lado ya en el rango de telecomunicaciones. Así trabaja un traductor que no pierde el sentido de la frase: los átomos reciben un fotón en el «idioma» de 795 nanómetros y lo entregan en el «idioma» de 1367 nanómetros, apto para viajar por la fibra óptica. La traducción en sí toma menos de un microsegundo, pero es ella la que decide si el internet cuántico funcionará.

Las redes cuánticas conectan nodos remotos a través de fibra óptica, pero los mejores candidatos para memoria cuántica, los átomos, emiten en el rango visible, donde las pérdidas en el vidrio son enormes. Para transmitir un estado cuántico a distancia, hay que convertirlo al rango de telecomunicaciones sin destruirlo. En este trabajo, el traductor es una nube fría de rubidio-87 atrapada en una trampa magnetoóptica. Tres haces láser, uno de prueba de 795 nm, uno de enlace de 780 nm y uno de control de 1324 nm, convergen en la nube, donde mediante una mezcla de cuatro ondas en configuración de diamante (un proceso no lineal en el que tres ondas generan una cuarta) nace un fotón de señal de 1367 nm.

Antes, los sistemas atómicos para conversión de frecuencia iban por detrás de los cristales de estado sólido en eficiencia, y el récord del 65% en un conjunto frío no estaba respaldado por datos experimentales detallados. Ahora se demuestra que la configuración de diamante en rubidio frío produce un 66% y un 80% con densidades ópticas de 75 y 110, respectivamente, superando todos los resultados atómicos previos. El truco clave es elegir los subniveles de Zeeman (estados de energía del átomo separados por un campo magnético) que forman una transición cíclica, lo que elimina pérdidas de población y preserva la coherencia. La optimización de parámetros se realizó basándose en los espectros medidos de transparencia electromagnéticamente inducida (un efecto cuántico que vuelve transparente el medio para el haz de prueba) de dos configuraciones integradas: tipo V y en cascada.

Este traductor ya puede servir hoy como interfaz entre la memoria cuántica atómica y la línea de fibra óptica en prototipos de repetidores cuánticos. El siguiente paso es sustituir el campo de prueba coherente débil por una verdadera fuente de fotón único y comprobar directamente la conservación de la pureza cuántica del estado convertido. El modelo teórico predice que con una densidad óptica de 200 la eficiencia se acercará al 90%. Entonces los nodos atómicos podrán intercambiar fotones en el rango de telecomunicaciones sin perder información cuántica, y el sueño del internet cuántico estará un paso más cerca.