"Los centros T son un tipo de defecto atómico en la red regular del silicio", afirmó Songtao Chen, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática.

"Los centros T han despertado mucho interés últimamente porque muestran potencial como bloques de construcción de qubits para redes cuánticas. Emiten fotones individuales en una longitud de onda ventajosa para aplicaciones de telecomunicaciones, pero adolecen de una baja tasa de emisión de fotones."

La emisión espontánea (el fenómeno detrás del familiar brillo de una luciérnaga u otros efectos que brillan en la oscuridad) describe el proceso mediante el cual un sistema mecánico cuántico, como una molécula, un átomo o una partícula subatómica, pasa a un estado de menor energía al liberando parte de su energía en forma de fotón. Mejorar la tasa de emisión espontánea en los centros T es uno de los obstáculos que los científicos deben superar para que los qubits basados ​​en centros T sean viables.

Al incorporar un centro T en un circuito integrado fotónico, Songtao y su equipo aumentaron la eficiencia de recolección para la emisión de fotón único del centro T en dos órdenes de magnitud en comparación con los experimentos típicos de tipo confocal.

Según el estudio publicado en Nature Communications , el equipo demostró que el acoplamiento con una cavidad de cristal fotónico mejora la tasa de emisión de fotones de un centro T en un factor de siete, explotando un fenómeno conocido como efecto Purcell.

"El objetivo de nuestro experimento era demostrar la capacidad de modificar las propiedades ópticas de los centros T individuales en el silicio", dijo el estudiante graduado de Rice y coautor del estudio, Yu-En Wong. "Resulta que la estructura de la cavidad fotónica influye en la tasa de emisión de fotones del centro T. Al medir la tasa con y sin la interacción de la cavidad, pudimos medir la fuerza del acoplamiento entre la cavidad y el centro T". P>

El acoplamiento entre la estructura de la cavidad fotónica y el centro T se fortalece a medida que intercambian energía fotónica cada vez más rápidamente, acortando el tiempo que la energía se almacena en el centro T.

"Esto es lo que comúnmente se conoce como efecto Purcell", dijo Adam Johnston, estudiante graduado de Rice y coautor del estudio.

"Lo que hemos demostrado aquí es que podemos implementar el efecto Purcell para lograr la emisión de fotón único más pura entre todos los centros de color en silicio hasta la fecha y la mayor mejora en la emisión de fotones para un solo centro T".

El hallazgo es un paso significativo hacia el avance de las redes cuánticas, que dependen de las propiedades cuánticas de los fotones para codificar información, lo que permite una computación significativamente más potente y una seguridad mejorada.

"La seguridad de las comunicaciones cuánticas está garantizada por los fundamentos de la mecánica cuántica, lo que permite detectar intrusos con una alta probabilidad y mejorar así la protección de datos sensibles", dijo el coautor Ulises Félix-Rendon, quien junto con Johnston y Wong está investigando un doctorado en física aplicada como parte del laboratorio Chen.

"Empresas como Google e IBM han demostrado importantes ventajas de los ordenadores cuánticos sobre sus homólogos clásicos", afirmó Felix-Rendon.

"Sin embargo, muchas de las computadoras cuánticas más avanzadas del mundo están restringidas a enviar información a través de cables enfriados a temperaturas criogénicas, lo que limita la escalabilidad de estos sistemas. Esperamos que nuestro trabajo sea fundamental para desarrollar redes cuánticas para conectar computadoras cuánticas remotas y superar obstáculos actuales en la tecnología cuántica."