*Los científicos han logrado un gran avance en el desarrollo de fuentes de luz cuánticas ultrafinas, demostrando cómo las interacciones excitónicas pueden mejorar significativamente la eficiencia de la generación de fotones entrelazados.*
Las fuentes de luz cuántica son componentes cruciales en diversas tecnologías cuánticas, como la computación cuántica, la comunicación cuántica y la metrología cuántica. Estas fuentes emiten fotones entrelazados, lo que significa que sus propiedades están vinculadas de una manera que la física clásica no puede explicar. Este entrelazamiento es un recurso fundamental para muchas tecnologías cuánticas y permite tareas como comunicación segura y mediciones de alta precisión.
Tradicionalmente, los fotones entrelazados se generan utilizando cristales no lineales voluminosos, que suelen tener varios milímetros de espesor. Estos cristales requieren altas potencias de bombeo y adolecen de una baja eficiencia, lo que limita sus aplicaciones prácticas. Para superar estos desafíos, los investigadores han estado explorando fuentes de luz cuánticas ultrafinas, que ofrecen potencial para dispositivos compactos, eficientes y escalables.
En un estudio reciente publicado en la revista Nature Photonics , científicos de la Universidad de Tokio, el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) y la Universidad de Electrocomunicaciones de Japón han demostrado cómo las interacciones excitónicas pueden aumentar la eficiencia de la generación de fotones entrelazados en fuentes de luz cuánticas ultrafinas.
El equipo, dirigido por el profesor Yasuhiko Arakawa, fabricó heteroestructuras semiconductoras ultrafinas que constan de capas alternas de arseniuro de galio (GaAs) y arseniuro de aluminio (AlAs). Estas heteroestructuras exhiben fuertes interacciones excitónicas, donde los electrones y los huecos en el material semiconductor forman estados unidos llamados excitones. Los excitones tienen propiedades distintas que pueden explotarse para mejorar las interacciones luz-materia y mejorar la eficiencia de la generación de fotones.
Al diseñar cuidadosamente el espesor y la composición de las heteroestructuras, los investigadores pudieron lograr una generación altamente eficiente de fotones entrelazados. Observaron un aumento significativo en la tasa de emisión de fotones entrelazados en comparación con las fuentes de luz cuánticas ultrafinas convencionales sin interacciones excitónicas.
La mayor eficiencia se atribuye al efecto Purcell, que describe la modificación de las tasas de emisión espontánea en presencia de cavidades ópticas resonantes. En las heteroestructuras ultrafinas, los excitones actúan como emisores localizados y las fuertes interacciones excitónicas crean un entorno favorable para el efecto Purcell. Esto conduce a una emisión más rápida y eficiente de fotones entrelazados.
El estudio representa un importante paso adelante en el desarrollo de fuentes de luz cuánticas ultrafinas. La generación eficiente de fotones entrelazados en estas estructuras ultrafinas allana el camino para la realización de dispositivos cuánticos compactos de alto rendimiento y abre nuevas posibilidades para las tecnologías de comunicación y procesamiento de información cuántica.
"Nuestros hallazgos abren una vía prometedora para el desarrollo de fuentes de luz cuánticas prácticas", afirma el profesor Arakawa. "Al aprovechar las interacciones excitónicas, podemos lograr una generación eficiente de fotones entrelazados en semiconductores ultrafinos, lo que permitirá la miniaturización e integración de dispositivos cuánticos para futuras tecnologías cuánticas".
