Un equipo de científicos de la Universidad de Cambridge ha logrado un avance significativo en el desarrollo de fuentes eficientes de fotones entrelazados, que son cruciales para diversas aplicaciones de las tecnologías cuánticas. Sus hallazgos, publicados en la revista Nature Nanotechnology, demuestran cómo las interacciones excitónicas en semiconductores ultrafinos pueden mejorar significativamente la eficiencia de la generación de fotones entrelazados.
Fotones entrelazados:una piedra angular de las tecnologías cuánticas
Los fotones entrelazados son pares de fotones que exhiben una correlación única, conocida como entrelazamiento cuántico. Este fenómeno surge de la dualidad onda-partícula de la luz y no tiene contrapartida clásica. Los fotones entrelazados se han convertido en componentes fundamentales de varias tecnologías cuánticas, incluida la computación cuántica, la criptografía cuántica y la detección cuántica.
Desafíos en la generación de fotones entrelazados
A pesar de su importancia, generar fotones entrelazados de manera eficiente sigue siendo un desafío importante. Los métodos convencionales suelen implicar configuraciones ópticas complejas y voluminosas, lo que limita sus aplicaciones prácticas. Los pozos cuánticos semiconductores, que son capas delgadas de semiconductores, se han convertido en candidatos prometedores para la generación eficiente de fotones entrelazados debido a sus fuertes interacciones entre la luz y la materia. Sin embargo, la eficiencia de la generación de fotones entrelazados en estos sistemas a menudo está limitada por procesos de recombinación no radiativos, donde la energía de los electrones y huecos excitados se pierde en forma de calor en lugar de emitirse como fotones.
Las interacciones excitónicas aumentan la eficiencia
En su estudio, los científicos de Cambridge aprovecharon las interacciones excitónicas en semiconductores ultrafinos para superar las limitaciones de las fuentes de fotones entrelazados convencionales. Los excitones son cuasipartículas que surgen de la fuerte unión de electrones y huecos en los semiconductores. Al controlar cuidadosamente el grosor y la composición de los pozos cuánticos semiconductores, los investigadores pudieron mejorar las interacciones excitónicas, lo que condujo a un aumento sustancial en la eficiencia de la generación de fotones entrelazados.
Hallazgos e implicaciones clave
Los científicos observaron una mejora notable en la eficiencia de generación de fotones entrelazados en un factor de aproximadamente 100 en comparación con las estructuras de pozos cuánticos convencionales. Esta mejora significativa se atribuyó al aumento de la tasa de recombinación radiativa facilitada por las interacciones excitónicas. Además, las fuentes de luz cuánticas ultrafinas presentaban un alto grado de entrelazamiento de polarización, lo que las hacía adecuadas para diversas aplicaciones de procesamiento de información cuántica.
Los hallazgos tienen implicaciones importantes para el desarrollo de tecnologías cuánticas prácticas. Las fuentes de luz cuánticas ultrafinas ofrecen una solución compacta y eficiente para generar fotones entrelazados, allanando el camino para dispositivos cuánticos miniaturizados e integrados. Estos avances podrían permitir aún más avances en la computación cuántica, la comunicación cuántica y la detección cuántica, acercándonos a aprovechar todo el potencial de las tecnologías cuánticas.
