Una nanofuente cuántica mana fotones de uno en uno

Ilustración de tres nanofuentes (puntos rojos en el centro de la cavidad) de donde manan millones de fotones individuales por segundo- Niccolo Somaschi_LPN-CNRS


Las aplicaciones de la fotónica cuántica resolverán en el futuro desafíos que hoy son imposibles de afrontar con las tecnologías actuales, en campos como las telecomunicaciones, la detección de alta sensitividad y la computación cuántica. Pero para lograr esto se necesitan fuentes de luz que puedan emitir fotones idénticos y de uno en uno.

Un punto cuántico emite millones de fotones únicos y casi indistingibles desde el interior de una microcavidad óptica

Ahora, un equipo de científicos del Centro Nacional para la Investigación Científica (CNRS) en Francia ha logrado crear una nanofuente que ‘mana’ fotones individuales de una forma muy eficiente y que, además, son indistinguibles al 99,5% unos de otros. El estudio, publicado en la revista Nature Photonics, lo ha dirigido Pascale Senellart en el Laboratorio de Fotónica y Nanoestructuras del CNRS.

“Nuestro dispositivo consiste en un punto cuántico (formado por un material semiconductor de unos cuantos nanometros) en medio de una cavidad óptica con forma de pilar, de unas tres micras”, explica a Sinc Daniel Lanzillotti, investigador argentino del CNRS y coautor del trabajo.

Para que un punto cuántico pueda emitir fotones idénticos debe estar totalmente aislado de su entorno, y el equipo lo ha conseguido aplicando un campo eléctrico. De esta forma, han reducido el ‘ruido’ externo que provoca que los fotones sean distinguibles, un efecto no deseado.

“La mayor aportación de nuestro dispositivo es el número de fotones únicos y casi indistinguibles que puede emitir por segundo (alrededor de 13 millones), lo que supone 20 veces más que lo que aportan las fuentes de SPCD (Spontaneous Parametric Down-Conversion) que se usan actualmente”, destaca el científico español Carlos Antón, estudiante postdoc y participante también en la investigación.

Avance hacia la computación cuántica

Antón explica que “un fotón individual e idéntico al resto (con igual longitud de onda, polarización, perfil espacial y temporal) constituye un bit cuántico, una unidad elemental de información con propiedades cuánticas –como la posibilidad de formar un estado mixto entre 0 y 1– para poder realizar operaciones solo accesibles de la mano de la física cuántica”.

Según los autores, estas nanofuentes de fotones únicos se pueden implementar directamente en experimentos de computación óptica-cuántica. Además, sus posibles aplicaciones se extienden a otros campos de la información cuántica, la criptografía, el desarrollo de detectores ultrasensibles e incluso en supercomputación de sistemas biológicos.

Referencia bibliográfica:

Niccolo Somaschi, Pascale Senellart et al. Near Optimal Single Photon Sources in the Solid State”. Nature Photonics  10: 340–345, 2016. DOI:10.1038/Nphoton.2016.23.

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