Fuente de fotón único en chip eléctricamente sintonizable bajo demanda habilitada por un fuerte efecto Purcell. Crédito:John O'Hara
Investigadores de la Universidad de Sheffield han resuelto un rompecabezas clave en física cuántica que podría ayudar a que la transferencia de datos sea totalmente segura.
El equipo ha desarrollado una forma de generar pulsos de luz de fotón único muy rápidos. Cada fotón, o partícula de luz, representa un fragmento de código binario, el lenguaje fundamental de la informática. Estos fotones no pueden ser interceptados sin perturbarlos de una manera que alertaría al remitente de que algo andaba mal.
La transferencia de datos mediante la luz transmitida por cables de fibra óptica se ha vuelto cada vez más común en las últimas décadas. pero cada pulso contiene actualmente millones de fotones. Eso significa que, en principio, una parte de estos podrían ser interceptados sin ser detectados.
Los datos seguros ya están encriptados, pero si un "fisgón" podía interceptar las señales que contenían detalles del código, entonces —en teoría— podría acceder y decodificar el resto del mensaje.
Los pulsos de fotón único ofrecen una seguridad total, porque cualquier espionaje se detecta de inmediato, pero los científicos han luchado por producirlos lo suficientemente rápido como para transportar datos a velocidades suficientes para transferir grandes volúmenes de datos.
En un nuevo estudio, publicado en Nanotecnología de la naturaleza , el equipo de Sheffield ha empleado un fenómeno llamado efecto Purcell para producir fotones muy rápidamente. Un nanocristal llamado punto cuántico se coloca dentro de una cavidad dentro de un cristal más grande:el chip semiconductor. Luego, el punto es bombardeado con luz de un láser que lo hace absorber energía. Luego, esta energía se emite en forma de fotón.
Matriz de fuente de fotón único en chip. Crédito:John O'Hara
Colocar el nanocristal dentro de una cavidad muy pequeña hace que la luz láser rebote dentro de las paredes. Esto acelera la producción de fotones por el efecto Purcell. Un problema es que los fotones que transportan información de datos pueden confundirse fácilmente con la luz láser. Los investigadores de Sheffield han superado esto canalizando los fotones lejos de la cavidad y dentro del chip para separar los dos tipos diferentes de pulso.
De este modo, el equipo ha logrado hacer que la tasa de emisión de fotones sea unas 50 veces más rápida de lo que sería posible sin el efecto Purcell. Aunque este no es el pulso de luz de fotones más rápido desarrollado hasta ahora, tiene una ventaja crucial porque los fotones producidos son todos idénticos, una cualidad esencial para muchas aplicaciones de computación cuántica.
Mark Fox, Profesor de Física Óptica en la Universidad de Sheffield, explica:"El uso de fotones para transmitir datos nos permite utilizar las leyes fundamentales de la física para garantizar la seguridad. Es imposible medir o 'leer' la partícula de ninguna manera sin cambiar sus propiedades. Por lo tanto, interferir con ella estropearía los datos y el sonido alarma."
Añadió:"Nuestro método también resuelve un problema que ha desconcertado a los científicos durante unos 20 años:cómo utilizar este efecto Purcell para acelerar la producción de fotones de manera eficiente".
"Esta tecnología podría utilizarse en sistemas seguros de telecomunicaciones de fibra óptica, aunque inicialmente sería más útil en entornos donde la seguridad es primordial, incluidos los gobiernos y las sedes de seguridad nacional ".
