Investigadores de CRANN y Trinity's School of Physics han creado un dispositivo nuevo e innovador que emitirá partículas individuales de luz, o fotones, de puntos cuánticos que son la clave para las computadoras cuánticas prácticas, comunicaciones cuánticas, y otros dispositivos cuánticos.

El equipo ha realizado una mejora significativa en diseños anteriores en sistemas fotónicos a través de su dispositivo, que permite controlables, emisión direccional de fotones individuales y que produce estados entrelazados de pares de puntos cuánticos.

Qubits y la promesa de la computación cuántica

La promesa de las computadoras cuánticas aprovecha las propiedades de los bits cuánticos ("qubits") para ejecutar cálculos. Las computadoras actuales procesan y almacenan información en bits de 0 o 1, mientras que los qubits pueden ser 0 y 1 simultáneamente. Eso significa que las computadoras cuánticas tendrán poderes computacionales mucho mayores que las computadoras clásicas.

Los científicos están explorando diferentes opciones y diseños para hacer de la computación cuántica una realidad viable. Una idea propuesta utiliza sistemas fotónicos, haciendo uso de las propiedades cuánticas de la luz a nanoescala, como qubits. El equipo de Trinity explora este sistema en su artículo publicado recientemente en la revista de alto perfil. Nano letras .

Su sistema utiliza fotones individuales de luz emitidos de forma controlada en el tiempo y el espacio desde emisores cuánticos (materiales a nanoescala conocidos como puntos cuánticos). Para aplicaciones como la computación cuántica, es necesario controlar las emisiones de estos puntos y producir un entrelazamiento cuántico de emisión a partir de pares de estos puntos.

El entrelazamiento cuántico es una propiedad fundamental de la mecánica cuántica y ocurre cuando un par o grupo de partículas están vinculados mecánicamente cuántica de tal manera que el estado cuántico de cada partícula del par no puede describirse independientemente del estado de las otras. Esencialmente, dos puntos cuánticos entrelazados pueden emitir fotones entrelazados.

Profesor John Donegan, CRANN y la Escuela de Física de Trinity, dijo:

"El dispositivo funciona colocando una punta de metal a unos pocos nanómetros de una superficie que contiene los puntos cuánticos. La punta se excita con la luz y produce un campo eléctrico de una intensidad tan enorme que puede aumentar en gran medida el número de fotones individuales emitidos por los puntos. . Este campo fuerte también puede acoplar la emisión de pares de puntos cuánticos, entrelazando sus estados de una manera que es exclusiva de los emisores cuánticos de luz ".

La otra ventaja significativa es el mecanismo por el cual el dispositivo funciona sobre los dispositivos fotónicos de última generación para aplicaciones de computación cuántica.

Profesor Ortwin Hess, Profesor de Nanofotónica Cuántica en Trinity's School of Physics y CRANN, adicional:

"Al escanear la punta de metal sobre la superficie que contiene los puntos cuánticos, podemos generar la emisión de un solo fotón según sea necesario. Tal dispositivo es mucho más simple que los sistemas actuales que intentan arreglar una punta de metal, o una caries, muy cerca de un punto cuántico. Ahora esperamos que este dispositivo y su funcionamiento tengan un efecto sorprendente en la investigación de emisores cuánticos para tecnologías cuánticas ".

La colaboración entre los profesores Hess y Donegan comenzó mientras el profesor Hess estaba en el Imperial College de Londres y continuará con su reciente nombramiento en Trinity a través del Programa de Cátedra de Investigación SFI.

El equipo planea fabricar dispositivos que demuestren la emisión controlada de un solo fotón y contribuyan en gran medida al esfuerzo de investigación en tecnologías cuánticas en Irlanda.