Una interfaz eficiente de luz-materia podría constituir la base de la comunicación cuántica. Sin embargo, ciertas estructuras que se forman durante el proceso de crecimiento interfieren con la señal.

Ciertas estructuras semiconductoras, los llamados puntos cuánticos, podría constituir la base de la comunicación cuántica. Son una interfaz eficiente entre la materia y la luz, con fotones (partículas de luz) emitidos por los puntos cuánticos que transportan información a grandes distancias. Sin embargo, las estructuras se forman por defecto durante la fabricación de puntos cuánticos que interfieren con la comunicación. Investigadores de la Universidad de Basilea, Ruhr-Universität Bochum, y Forschungszentrum Jülich ahora han eliminado con éxito estas interferencias. Han publicado su informe en la revista. Física de las comunicaciones a partir del 9 de agosto de 2019.

Partículas de luz capaces de transportar información a grandes distancias.

Los puntos cuánticos se pueden realizar en semiconductores si los investigadores bloquean un electrón y un agujero de electrones, es decir. una carga positiva en una posición donde debería existir un electrón, en un espacio reducido. Juntos, el electrón y el agujero del electrón forman un estado excitado. Cuando se recombinan, el estado excitado desaparece y se genera un fotón. "Ese fotón podría utilizarse como portador de información en la comunicación cuántica a través de grandes distancias, "dice el Dr. Arne Ludwig de la Cátedra de Física Aplicada del Estado Sólido en Bochum.

Los puntos cuánticos fabricados en Bochum se generan en el material semiconductor arseniuro de indio. Los investigadores cultivan el material en un sustrato de arseniuro de galio. En el proceso, se forma una capa lisa de arseniuro de indio con un grosor de apenas una capa atómica y media, la llamada capa humectante. Después, los investigadores generan pequeñas islas con un diámetro de 30 nanómetros y una altura de unos pocos nanómetros. Estos son los puntos cuánticos.

Fotones que interfieren de la capa humectante

La capa humectante que se tiene que depositar en el primer paso causa problemas, porque, también, contiene estados de huecos de electrones excitados que se desintegran y pueden liberar fotones. En la capa humectante, estos estados decaen incluso más fácilmente que en los puntos cuánticos. Los fotones emitidos en el proceso no se pueden utilizar en la comunicación cuántica, sin embargo; bastante, generan un ruido estático en el sistema.

"La capa humectante cubre toda la superficie, mientras que los puntos cuánticos solo cubren una milésima parte del chip semiconductor, razón por la cual la luz interferente es aproximadamente mil veces más fuerte que la luz emitida por los puntos cuánticos, "explica Andreas Wieck, Jefe de la Cátedra de Física Aplicada del Estado Sólido en Bochum. "La capa humectante irradia fotones a una frecuencia ligeramente más alta y a una intensidad mucho más alta que los puntos cuánticos. Es como si los puntos cuánticos emitieran el tono de la cámara A, mientras que la capa humectante emitió un B que fue mil veces más fuerte ".

La capa adicional elimina las interferencias

"Hemos podido ignorar esas interferencias excitando solo los estados de energía requeridos, "dice Matthias Löbl de la Universidad de Basilea." Sin embargo, si los puntos cuánticos se van a utilizar como unidades de información para aplicaciones cuánticas, podría ser ideal cargarlos con más electrones. Pero en ese caso, los niveles de energía en la capa humectante también se excitarían, "agrega Arne Ludwig.

El equipo de investigación ahora ha eliminado esta interferencia al agregar una capa de arseniuro de aluminio que creció por encima de los puntos cuánticos en la capa humectante. Se eliminan así los estados energéticos en la capa humectante, cuales, Sucesivamente, hace que sea menos probable que los electrones y los huecos de electrones se recombinen y emitan fotones.