Los científicos controlaron con éxito cuantos de luz individuales a muy alta velocidad

La base de la tecnología de las comunicaciones actual está formada por ondas de luz y sonido. Mientras que las ondas sonoras a nanoescala en los semiconductores procesan señales en frecuencias de gigahercios para su transmisión inalámbrica, las fibras de vidrio con luz láser crean la World Wide Web.

Una de las preguntas más apremiantes para el futuro es cómo estas tecnologías pueden extenderse a sistemas cuánticos para construir sistemas seguros (es decir, sin grifos). comunicación cuántica redes.

Los cuantos de luz o fotones desempeñan un papel muy central en el desarrollo de tecnologías cuánticas.

Un equipo de científicos alemanes y españoles de Valencia, Münster, Augsburgo, Berlín y Munich ha controlado con éxito cuantos de luz individuales con un grado de precisión extremadamente alto. Su estudio utiliza una onda sonora para cambiar individuos fotones en un chip entre dos salidas a frecuencias de gigahercios.

Esta es la primera vez que los científicos demuestran un nuevo método que puede usarse para tecnologías cuánticas acústicas o redes fotónicas integradas complejas.

El físico Prof. Hubert Krenner, que dirige el estudio en Münster y Augsburgo, dijo, “Nuestro equipo ha logrado generar fotones individuales en un chip del tamaño de una miniatura y luego controlarlos con una precisión sin precedentes, sincronizados con precisión mediante ondas sonoras."

El Dr. Mauricio de Lima, que investiga en la Universidad de Valencia y coordina el trabajo que se realiza allí, añade: “Conocíamos el principio de funcionamiento de nuestro chip en lo que respecta a la luz láser convencional, pero ahora, utilizando cuantos de luz, hemos logrado el avance tan deseado hacia tecnologías cuánticas."

En el estudio, los científicos fabricaron un chip con diminutos "caminos conductores" para cuantos de luz, las llamadas guías de ondas. Son aproximadamente 30 veces más delgados que el cabello humano. El chip también contiene fuentes de luz cuánticas, las llamadas puntos cuánticos. 

El Dr. Matthias Weiß de la Universidad de Münster realizó los experimentos ópticos y añadió: “Estos puntos cuánticos, de sólo unos pocos nanómetros de tamaño, son islas dentro de las guías de ondas que emiten luz como fotones individuales. Los puntos cuánticos están incluidos en nuestro chip, por lo que no tenemos que utilizar métodos complicados para generar fotones individuales mediante otra fuente”.

El Dr. Dominik Bühler, quien diseñó los chips cuánticos como parte de su doctorado. de la Universitat de València, señala lo rápida que es la tecnología: "Al utilizar ondas sonoras a nanoescala, podemos cambiar directamente los fotones del chip entre dos salidas a una velocidad sin precedentes durante su propagación en las guías de ondas".

El Dr. Mauricio de Lima, de cara al futuro, dijo, "Ya estamos trabajando a fondo para mejorar nuestro chip para que podamos programar el estado cuántico de los fotones como queramos o incluso controlar varios fotones con diferentes colores entre cuatro o más salidas".

Profesor Hubert Krenner añade, “Aquí nos beneficiamos de una fuerza única que tienen nuestras ondas sonoras a nanoescala: como estas ondas se propagan prácticamente sin pérdidas en la superficie del chip, podemos controlar perfectamente casi tantas guías de ondas como queramos con una sola onda, y hasta un extremo alto grado de precisión”.

Referencias de revistas:

1. Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline DS Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., HJ Krenner (2022): Generación en chip y dinámica Rotación piezooptomecánica de fotones individuales. Comunicaciones de la naturaleza 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9