Los ingenieros han demostrado que un método ampliamente utilizado para detectar fotones individuales también puede contar la presencia de al menos cuatro fotones a la vez. Los investigadores dicen que este descubrimiento desbloqueará nuevas capacidades en los laboratorios de física que trabajan en la ciencia de la información cuántica en todo el mundo. al tiempo que proporciona caminos más fáciles para desarrollar tecnologías basadas en la cuántica.

El estudio fue una colaboración entre la Universidad de Duke, la Universidad Estatal de Ohio y el socio de la industria Quantum Opus, y apareció en línea el 14 de diciembre en la revista Optica .

"Los expertos en el campo intentaron hacer esto hace más de una década, pero sus cálculos del reverso del sobre concluyeron que sería imposible, "dijo Daniel Gauthier, profesor de física en Ohio State que anteriormente fue presidente de física en Duke. "Continuaron haciendo cosas diferentes y nunca lo revisaron. Tenían encerrado en su mente que no era posible y que no valía la pena dedicarle tiempo".

"Cuando presentamos nuestros datos, los expertos mundiales quedaron impresionados, "continuó Jungsang Kim, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "Es estupendo que un grupo como el nuestro, que empezó un poco más tarde, decida probar algo porque no teníamos anteojeras".

El descubrimiento trata de un nuevo método para usar un detector de fotones llamado detector de fotón único de nanocables superconductores (SNSPD).

En el corazón del detector hay un filamento superconductor. Un superconductor es un material especial que puede transportar una corriente eléctrica para siempre sin pérdidas a bajas temperaturas. Pero al igual que una pieza normal de alambre de cobre, un superconductor solo puede transportar cierta cantidad de electricidad a la vez.

Un SNSPD funciona cargando un segmento en bucle de cable superconductor con una corriente eléctrica cercana a su límite máximo. Cuando pasa un fotón, hace que ese límite máximo en una pequeña porción del cable caiga, creando una breve pérdida de superconductividad. Esa perdida Sucesivamente, provoca una señal eléctrica que marca la presencia del fotón.

En la nueva configuración, los investigadores prestan especial atención a la forma específica del pico inicial en la señal eléctrica, y demostrar que pueden obtener suficientes detalles para contar correctamente al menos cuatro fotones que viajan juntos en un paquete.

"La resolución del número de fotones es muy útil para una gran cantidad de información / comunicación cuántica y experimentos de óptica cuántica, pero no es tarea fácil, "dijo Clinton Cahall, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en Duke y primer autor del artículo. "Ninguna de las opciones comerciales se basa en superconductores, que proporcionan el mejor rendimiento. Y aunque otros laboratorios han construido detectores superconductores con esta capacidad, son raros y carecen de la facilidad de nuestra configuración, así como de su sensibilidad en áreas importantes como la velocidad de conteo o la resolución del tiempo ".

Para que otros laboratorios hagan uso del descubrimiento, todo lo que necesitarían es un tipo específico de amplificador para impulsar la pequeña señal eléctrica del SNSPD. El amplificador debe funcionar a las mismas temperaturas bajas que el SNSPD, menos 452 grados Fahrenheit, para reducir el ruido de fondo. También debe tener un ancho de banda amplio para evitar distorsionar la señal. Estos amplificadores ya están disponibles comercialmente y muchos laboratorios los tienen.

Los resultados permitirán a los investigadores de todo el mundo que trabajan en mecánica cuántica obtener de inmediato nuevas habilidades con sus equipos existentes. Como un ejemplo, El grupo del estado de Duke-Ohio también informó recientemente cómo el uso de la sincronización de los fotones entrantes además de sus estados cuánticos podría aumentar en gran medida la velocidad de las técnicas de cifrado cuántico.

El equipo ahora está trabajando para optimizar su configuración y ver hasta dónde pueden estirar sus habilidades. Creen que con la electrónica adecuada y un poco de práctica, podían contar 10 o incluso 20 fotones a la vez. El grupo también ha solicitado una patente para crear dispositivos listos para usar basados ​​en su método.