El potencial del entrelazamiento de fotones en la computación cuántica y las comunicaciones se conoce desde hace décadas. Uno de los problemas que impide su aplicación inmediata es el hecho de que muchas plataformas de entrelazamiento de fotones no funcionan dentro del rango utilizado por la mayoría de las formas de telecomunicaciones.

Un equipo internacional de investigadores ha comenzado a desentrañar los misterios de los fotones entrelazados, demostrando una nueva técnica a nanoescala que utiliza puntos cuánticos semiconductores para doblar fotones a las longitudes de onda utilizadas por los estándares de banda C más populares de la actualidad. Informan de su trabajo esta semana en Letras de física aplicada .

"Hemos demostrado la emisión de fotones entrelazados por polarización desde un punto cuántico a 1550 nanómetros por primera vez en la historia, "dijo Simone Luca Portalupi, uno de los autores del trabajo y científico principal del Instituto de Óptica de Semiconductores e Interfaces Funcionales de la Universidad de Stuttgart. "Ahora estamos en la longitud de onda que realmente puede transportar comunicaciones cuánticas a largas distancias con la tecnología de telecomunicaciones existente".

Los investigadores utilizaron puntos cuánticos creados a partir de una plataforma de arseniuro de indio y arseniuro de galio, produciendo fotones simples puros y fotones entrelazados. A diferencia de las técnicas de conversión descendente paramétricas, Los puntos cuánticos permiten que los fotones se emitan solo uno a la vez y bajo demanda, propiedades cruciales para la computación cuántica. Un reflector Bragg distribuido, que está hecho de múltiples materiales en capas y se refleja en un amplio espectro, luego dirigió los fotones a un objetivo de microscopio, permitiendo que sean recolectados y medidos.

Los investigadores y los líderes de la industria han descubierto que la banda C, un rango específico de longitudes de onda infrarrojas, se ha convertido en un punto óptimo electromagnético en las telecomunicaciones. Los fotones que viajan a través de las fibras ópticas y la atmósfera dentro de este rango experimentan una absorción significativamente menor. haciéndolos perfectos para transmitir señales a largas distancias.

"La ventana de la banda C de telecomunicaciones tiene la absorción mínima absoluta que podemos lograr para la transmisión de señales, "dijo Fabian Olbrich, otro de los autores del artículo. "Como los científicos han hecho descubrimientos, la industria ha mejorado la tecnología, que ha permitido a los científicos hacer más descubrimientos, y ahora tenemos un estándar que funciona muy bien y tiene baja dispersión ".

La mayoría de los fotones entrelazados se originan a partir de puntos cuánticos, sin embargo, operar cerca de 900 nanómetros, más cerca de las longitudes de onda que podemos ver a simple vista.

Los investigadores quedaron impresionados por la calidad de la señal, Dijo Olbrich. Otros esfuerzos para cambiar la longitud de onda de emisión de fotones entrelazados por polarización de puntos cuánticos hacia la banda C tendieron a aumentar la división de estructura fina del excitón (FSS), una cantidad que debería ser cercana a cero para la generación de entrelazamientos. El equipo de Olbrich informa que su experimento experimentó menos de una quinta parte de FSS que otros estudios en la literatura.

"La posibilidad de encontrar un punto cuántico que sea capaz de emitir fotones entrelazados por polarización con alta fidelidad es bastante alta para nuestro estudio específico". "Dijo Olbrich.

Con cada experimento exitoso, la comunidad de las comunicaciones cuánticas está viendo que su campo se inclina hacia una mayor aplicabilidad en la industria de las telecomunicaciones actual. Los investigadores esperan que algún día, los fotones entrelazados afectarán la criptografía y las comunicaciones satelitales seguras.

"La parte difícil ahora es combinar todas las ventajas del sistema y cumplir requisitos previos como la alta indistinguibilidad de fotones, funcionamiento a alta temperatura, aumento del flujo de fotones y eficiencia de acoplamiento que los haría funcionar, "Dijo Olbrich.