Las computadoras cuánticas ultrarrápidas y los dispositivos de comunicación podrían revolucionar innumerables aspectos de nuestras vidas, pero primero, los investigadores necesitan un fuente eficiente de los pares de fotones entrelazados que utilizan estos sistemas para transmitir y manipular información. Los investigadores del Instituto de Tecnología Stevens han hecho precisamente eso, no solo creando una fuente de fotones basada en chip 100 veces más eficiente de lo que era posible anteriormente, pero poniendo al alcance la integración masiva de dispositivos cuánticos.

"Durante mucho tiempo se sospechó que esto era posible en teoría, pero somos los primeros en mostrarlo en la práctica, "dijo Yuping Huang, Profesor asociado de física de Gallagher y director del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica.

Para crear pares de fotones, los investigadores atrapan la luz en microcavidades a nanoescala cuidadosamente esculpidas; como la luz circula en la cavidad, sus fotones resuenan y se dividen en pares entrelazados. Pero hay una trampa:en la actualidad, tales sistemas son extremadamente ineficientes, requiriendo un torrente de luz láser entrante que comprende cientos de millones de fotones antes de que un solo par de fotones entrelazados gotee a regañadientes por el otro extremo.

Huang y sus colegas de Stevens han desarrollado una nueva fuente de fotones basada en chips que es 100 veces más eficiente que cualquier dispositivo anterior. permitiendo la creación de decenas de millones de pares de fotones entrelazados por segundo a partir de un solo rayo láser de microvatios.

"Este es un gran hito para las comunicaciones cuánticas, "dijo Huang, cuyo trabajo aparecerá en la edición del 17 de diciembre de Cartas de revisión física .

Trabajando con los estudiantes graduados de Stevens Zhaohui Ma y Jiayang Chen, Huang se basó en la investigación previa de su laboratorio para tallar microcavidades de muy alta calidad en escamas de cristal de niobato de litio. Las cavidades en forma de pista de carreras reflejan internamente fotones con muy poca pérdida de energía, permitiendo que la luz circule por más tiempo e interactúe con mayor eficiencia.

Al ajustar factores adicionales como la temperatura, el equipo fue capaz de crear una fuente brillante sin precedentes de pares de fotones entrelazados. En la práctica, que permite producir pares de fotones en cantidades mucho mayores para una determinada cantidad de luz entrante, reduciendo drásticamente la energía necesaria para alimentar componentes cuánticos.

El equipo ya está trabajando en formas de perfeccionar aún más su proceso, y dicen que esperan alcanzar pronto el verdadero Santo Grial de la óptica cuántica:un sistema que puede convertir un solo fotón entrante en un par entrelazado de fotones salientes, prácticamente sin desperdicio de energía en el camino. "Definitivamente es alcanzable, ", dijo Chen." En este punto, solo necesitamos mejoras graduales ".

Hasta entonces, el equipo planea seguir perfeccionando su tecnología, y buscar formas de utilizar su fuente de fotones para impulsar puertas lógicas y otros componentes de comunicación o computación cuántica. "Debido a que esta tecnología ya está basada en chips, estamos listos para comenzar a escalar integrando otros componentes ópticos pasivos o activos, "explicó Huang.

La última meta, Huang dijo:es hacer que los dispositivos cuánticos sean tan eficientes y económicos de operar que puedan integrarse en los dispositivos electrónicos convencionales. "Queremos sacar la tecnología cuántica del laboratorio, para que pueda beneficiarnos a todos y cada uno de nosotros, ", explicó." Algún día, pronto, queremos que los niños tengan computadoras portátiles cuánticas en sus mochilas, y estamos esforzándonos para que eso sea una realidad ".