La tecnología cuántica es muy prometedora:dentro de unos años, Se espera que las computadoras cuánticas revolucionen las búsquedas en bases de datos, Sistemas de inteligencia artificial, y simulaciones computacionales. Hoy ya La criptografía cuántica puede garantizar una transferencia de datos absolutamente segura. aunque con limitaciones. La mayor compatibilidad posible con nuestra electrónica actual basada en silicio será una ventaja clave. Y ahí es precisamente donde los físicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) y TU Dresden han logrado un progreso notable:el equipo ha diseñado una fuente de luz basada en silicio para generar fotones individuales que se propagan bien en las fibras de vidrio.

La tecnología cuántica se basa en la capacidad de controlar el comportamiento de las partículas cuánticas con la mayor precisión posible, por ejemplo, bloqueando átomos individuales en trampas magnéticas o enviando partículas de luz individuales, llamadas fotones, a través de fibras de vidrio. Este último es la base de la criptografía cuántica, un método de comunicación que es, en principio, a prueba de golpes:cualquier posible ladrón de datos que intercepte los fotones destruye inevitablemente sus propiedades cuánticas. Los remitentes y receptores del mensaje lo notarán y pueden detener la transmisión comprometida a tiempo.

Esto requiere fuentes de luz que emitan fotones individuales. Tales sistemas ya existen, especialmente a base de diamantes, pero tienen un defecto:"Estas fuentes de diamantes solo pueden generar fotones en frecuencias que no son adecuadas para la transmisión de fibra óptica, ", explica el físico del HZDR, el Dr. Georgy Astakhov." Lo cual es una limitación significativa para el uso práctico ". Así que Astakhov y su equipo decidieron utilizar un material diferente:el material de base electrónico probado y comprobado, el silicio.

100, 000 fotones individuales por segundo

Para que el material genere los fotones infrarrojos necesarios para la comunicación por fibra óptica, los expertos lo sometieron a un tratamiento especial, disparar selectivamente carbón en el silicio con un acelerador en el HZDR Ion Beam Center. Esto creó lo que se llama centros G en el material:dos átomos de carbono adyacentes acoplados a un átomo de silicio formando una especie de átomo artificial.

Cuando se irradia con luz láser roja, este átomo artificial emite los fotones infrarrojos deseados a una longitud de onda de 1,3 micrómetros, una frecuencia excelentemente adecuada para la transmisión de fibra óptica. "Nuestro prototipo puede producir 100, 000 fotones individuales por segundo, "Astakhov informa." Y es estable. Incluso después de varios días de funcionamiento continuo, no hemos observado ningún deterioro ". Sin embargo, el sistema solo funciona en condiciones extremadamente frías; los físicos usan helio líquido para enfriarlo a una temperatura de menos 268 grados Celsius.

"Pudimos demostrar por primera vez que es posible una fuente de fotón único basada en silicio, "El colega de Astakhov, el Dr. Yonder Berencén, se complace en informar." Esto básicamente hace posible la integración de tales fuentes con otros componentes ópticos en un chip ". Entre otras cosas, Sería interesante acoplar la nueva fuente de luz con un resonador para resolver el problema de que los fotones infrarrojos emergen en gran parte de la fuente al azar. Para uso en comunicación cuántica, sin embargo, sería necesario generar fotones bajo demanda.

Fuente de luz en un chip

Este resonador podría sintonizarse para golpear exactamente la longitud de onda de la fuente de luz, lo que permitiría incrementar el número de fotones generados hasta el punto de que estén disponibles en un momento dado. "Ya se ha demostrado que estos resonadores se pueden construir en silicio, "informa Berencén." El eslabón perdido era una fuente de silicio para fotones individuales. Y eso es exactamente lo que ahora hemos podido crear ".

Pero antes de que puedan considerar aplicaciones prácticas, los investigadores del HZDR todavía tienen que resolver algunos problemas, como una producción más sistemática de las nuevas fuentes de fotones únicos de telecomunicaciones. "Intentaremos implantar el carbono en el silicio con mayor precisión, ", explica Georgy Astakhov." HZDR con su Ion Beam Center proporciona una infraestructura ideal para realizar ideas como esta ".