Un equipo internacional liderado por el Instituto de Ciencia de Materiales (ICMUV) de la Universidad de Valencia ha desarrollado un interruptor óptico (cuántico) que modifica las propiedades de emisión de los fotones, las partículas de radiación electromagnética. El nuevo dispositivo funciona con tiempos de conmutación ultrarrápidos y un consumo de energía muy bajo y, en comparación con otros diseños, se puede implementar en una variedad de plataformas de semiconductores y es de gran aplicación en las tecnologías cuánticas actuales.

El equipo coordinado por Guillermo Muñoz Matutano, recientemente reincorporado a ICMUV, ha publicado en la revista Física de las comunicaciones , del Grupo Editorial Nature, el diseño, edificio, medición experimental y simulación de este interruptor de fotones.

El principio de funcionamiento del dispositivo se basa en la tecnología de confinamiento cuántico de semiconductores nanoestructurados, que son pequeñas estructuras de tamaño nanométrico capaces de absorber y emitir luz. Las propiedades ópticas de estos materiales, llamados puntos cuánticos, son similares a los de los átomos aislados y su emisión de luz se produce fotón a fotón. Son muy interesantes para desarrollar tecnologías cuánticas, ya que se pueden usar fotones aislados o pares de fotones para reproducir condiciones de superposición o entrelazamiento.

En el presente, Uno de los retos científicos y tecnológicos en este campo se dirige hacia el desarrollo de puertas lógicas y circuitos ópticos que puedan realizar operaciones con fotones, y de esta manera trabajar y modificar la información bajo la descripción cuántica. Por lo tanto, Se necesitan herramientas y materiales que puedan afectar la emisión de fotones individualmente. De todos ellos, los que manipulan y controlan fotones usando luz son muy interesantes, ya que se pueden construir sistemas encadenados o pueden representar grandes reducciones en el consumo de energía. Este es el caso de los dispositivos totalmente ópticos.

La idea principal del trabajo surgió a través de una colaboración con el investigador Massimo Gurioli, de la Universidad de Florencia y del Laboratorio Europeo de Espectroscopía No Lineal. Bajo esta colaboración se estudiaron los procesos de acumulación y saturación de la carga en puntos cuánticos de arseniuro de indio (InAs) según la potencia y color del láser de iluminación.

Una de las propiedades sobresalientes del nuevo dispositivo es que, junto al cambio temporal, Se puede agregar un cambio del color del fotón emitido (su longitud de onda) si se utilizan dos láseres diferentes. Esta cualidad nos permite pensar en dispositivos para multiplexar fotones por longitud de onda (combinando dos o más canales de información en un medio de transmisión), de modo que cada color del fotón esté asociado con uno de estos canales. Finalmente, el principio físico por el cual opera el dispositivo se cumple en muchas otras nanoestructuras de confinamiento cuántico, por lo que este nuevo diseño representa un esquema general que se puede implementar en una amplia variedad de plataformas de semiconductores.

La investigación realizada por una red de universidades incluye la Unidad de Materiales y Dispositivos Optoelectrónicos (UMDO) del ICMUV, dirigido por Juan P. Martínez Pastor, Catedrático del Departamento de Física Aplicada y Electromagnetismo. Los principales materiales del dispositivo fueron fabricados por el grupo de Luca Saravalli, investigador del CNR italiano, mientras que la simulación de su funcionamiento se realizó a través de una colaboración con Mattias Johnsson y Thomas Volz, de ARC Engineered Quantum Systems (EQUS) de Australia, donde Guillermo Muñoz ha trabajado como investigador senior durante los últimos tres años.