Una propiedad de los centros NV en el diamante es que los estados de sus espines electrónicos se pueden determinar a partir de los fotones que emiten. La colocación de un sistema de este tipo entre dos espejos puede mejorar considerablemente la velocidad y el rendimiento de los fotones emitidos. Como resultado, Se cumplen las condiciones clave para el uso de centros NV en aplicaciones de tecnología cuántica. Crédito:Universidad de Basilea, Departamento de Física
Científicos del Departamento de Física de la Universidad de Basilea y del Instituto Suizo de Nanociencia han logrado mejorar drásticamente la calidad de los fotones individuales generados por un sistema cuántico. Los científicos han puesto en práctica con éxito una predicción teórica de hace 10 años. Con su papel publicado recientemente en Revisión física X , han dado un paso importante hacia futuras aplicaciones en tecnología de la información cuántica.
Por un numero de años, Los científicos han estado trabajando en el uso de espines de electrones para almacenar y procesar información. Un posible enfoque es utilizar un sistema cuántico en el que el estado cuántico del espín del electrón está vinculado al de las partículas de luz emitidas (fotones).
Los centros vacantes de nitrógeno (centros NV) se consideran una estructura probada para este enfoque, permitiendo que los espines de los electrones se lean y manipulen fácilmente. Estos centros NV son defectos naturales en la red cristalina del diamante, sobre el que los investigadores han ganado el control durante las últimas décadas.
Se necesitan mejores fotones
Los centros NV son particularmente interesantes en el campo del procesamiento de información cuántica, ya que emiten fotones individuales que transportan información sobre el estado de su espín electrónico. Estos fotones, a su vez, pueden crear un entrelazamiento cuántico entre varios centros NV; este entrelazamiento se puede establecer incluso a grandes distancias y, por tanto, se puede utilizar para la transmisión de datos.
Sin embargo, para aplicaciones en tecnología de la información cuántica, serán necesarias mejoras significativas en la cantidad y sobre todo en la calidad de los fotones emitidos, ya que hasta ahora solo una fracción de los fotones se puede usar para producir entrelazamientos.
Optimización exitosa
El estudiante de doctorado Daniel Riedel ha logrado aumentar el rendimiento de fotones útiles de estos centros NV del 3% a un valor actual del 50%. Además, ha podido casi duplicar la velocidad a la que se emiten los fotones.
Riedel logró estas importantes mejoras colocando una pieza de diamante nanofabricada, midiendo solo unos pocos cientos de nanómetros de ancho, entre dos pequeños espejos. Ya se había descrito teóricamente hace 10 años que la colocación de centros NV dentro de una cavidad debería aumentar el rendimiento de fotones. Hasta ahora, sin embargo, ningún grupo de investigación había logrado poner en práctica esta teoría.
El artículo surgió como parte de una tesis doctoral en la Escuela de Doctorado del Instituto Suizo de Nanociencia, que se estableció en 2012. "Hemos superado un obstáculo importante en el camino hacia la Internet cuántica, "dice el profesor supervisor Richard Warburton del Departamento de Física de la Universidad de Basilea.
Profesor Patrick Maletinsky, quien también supervisó el trabajo, añade:"La combinación única de experiencia en el campo de la fotónica, Las estructuras especiales de diamantes y la nanofabricación aquí en Basilea significaron que fue posible superar este desafío de 10 años por primera vez ".
