Investigadores de la Universidad de Basilea y la Universidad de Ruhr en Bochum han desarrollado una fuente de fotones individuales que pueden producir miles de millones de estas partículas cuánticas por segundo. Con su eficiencia récord, la fuente de fotones representa un nuevo y poderoso bloque de construcción para las tecnologías cuánticas.

La criptografía cuántica promete comunicaciones absolutamente seguras. Un componente clave aquí son las cadenas de fotones individuales. La información puede almacenarse en los estados cuánticos de estas partículas de luz y transmitirse a largas distancias. En el futuro, Los procesadores cuánticos remotos se comunicarán entre sí a través de fotones individuales. Y quizás el propio procesador utilice fotones como bits cuánticos para la computación.

Un requisito previo básico para tales aplicaciones, sin embargo, es una fuente eficiente de fotones individuales. Un equipo de investigación dirigido por el profesor Richard Warburton, Natasha Tomm y la Dra. Alisa Javadi de la Universidad de Basilea, junto con colegas de Bochum, ahora informa en la revista Nanotecnología de la naturaleza en el desarrollo de una fuente de fotón único que supera significativamente los sistemas previamente conocidos en términos de eficiencia.

"Embudo" guía las partículas de luz

Cada fotón se crea excitando un solo "átomo artificial" (un punto cuántico) dentro de un semiconductor. Generalmente, estos fotones abandonan el punto cuántico en todas las direcciones posibles y, por tanto, se pierde una gran fracción. En la fuente de fotones que se presenta ahora, los investigadores han resuelto este problema colocando el punto cuántico dentro de un "embudo" para enviar todos los fotones en una dirección específica.

El embudo es una nueva microcavidad que representa la verdadera innovación del equipo de investigación:la microcavidad captura casi todos los fotones y luego los dirige a una fibra óptica. Los fotones, cada uno de unos dos centímetros de largo, emergen al final de una fibra óptica.

La eficiencia de todo el sistema, es decir, la probabilidad de que la excitación del punto cuántico dé como resultado un fotón utilizable es del 57 por ciento, más del doble que las fuentes de fotón único anteriores. "Este es un momento realmente especial, "explica el autor principal Richard Warburton." Sabemos desde hace uno o dos años lo que es posible en principio. Ahora hemos logrado poner en práctica nuestras ideas ".

Enorme aumento de la potencia informática

El aumento de la eficiencia tiene consecuencias importantes, Warburton agrega:"aumentar la eficiencia de la creación de un solo fotón en un factor de dos se suma a una mejora general de un factor de un millón para una cadena de, decir, 20 fotones. En el futuro, nos gustaría mejorar aún más nuestra fuente de fotón único:nos gustaría simplificarla y perseguir algunas de sus innumerables aplicaciones en criptografía cuántica, computación cuántica y otras tecnologías ".