Un bibliotecario en un depósito de libros raros toma un volumen del estante y lo devuelve a su lugar sin despertar al gato que dormita cerca. Así funciona la nueva memoria cuántica: atrapa un fotón, lo esconde en la vibración mecánica de un puente diminuto de silicio y lo devuelve a la primera orden.
Las redes cuánticas prometen comunicaciones seguras y computación distribuida, pero les falta un nodo capaz de almacenar fotones en la longitud de onda de la fibra óptica. Las nubes atómicas lo logran, pero ocupan toda una mesa óptica. Los análogos de estado sólido o no alcanzan el rango adecuado o no pueden entregar la información bajo demanda. Aquí la apuesta es por las vibraciones mecánicas de un nanopuente.
Dentro de un criostato a 20 mK, un cristal optomecánico de silicio está acoplado a un láser de 1538 nm. El láser, sintonizado a la resonancia lateral roja, abre una ventana de transparencia: los fotones de señal entran y se convierten en fonones, es decir, cuantos de vibración mecánica. Para no calentar el puente, el pulso de escritura se hace largo y débil, mientras que el de lectura es corto. Cuatro etalones de Fabry-Pérot en cascada filtran la luz de control, dejando pasar solo fotones individuales hacia el detector.
La memoria retuvo un pulso de fotones durante 150 nanosegundos y lo devolvió bajo demanda con una eficiencia interna del 4,2%. Durante el almacenamiento, el número medio de fonones en el resonador fue de 0,32, es decir, menos de un cuanto. Cuando se redujo la potencia del pulso de lectura hasta que la excitación térmica cayó a 0,17, la eficiencia bajó a 5×10⁻⁵. La baja eficiencia solo limita la tasa de eventos, no la pureza del estado cuántico, porque las coincidencias descartan el ruido.
El bibliotecario de la primera escena no solo es cuidadoso: sabe trabajar en la oscuridad, sin encender la luz. Así es el chip: guarda información cuántica con un ruido térmico mínimo y la entrega bajo demanda. Esto conecta dos ramas, la óptica cuántica y la nanomecánica, y abre el camino hacia repetidores cuánticos e interfaces entre fuentes de fotón único y la fibra óptica.
La frecuencia de vibración mecánica del resonador, 5314 MHz, es cien mil veces mayor que la de un diapasón. A 20 mK, este oscilador no contiene en promedio ni un solo fonón térmico.
En la serie 'The Expanse', el entrelazamiento cuántico se usa para comunicarse al instante a través del sistema solar. Estas redes requieren memoria que guarde el fotón mientras llega la confirmación de que la otra mitad del par ha sido entregada.