Los científicos han creado una fuente de luz «excepcionalmente brillante» que puede generar fotones entrelazados cuánticamente (partículas de luz) que podrían usarse para transmitir datos de forma segura en una futura red de comunicaciones cuánticas de alta velocidad.
Una futura Internet cuántica podría transmitir información utilizando pares de enredado fotones, es decir, las partículas comparten información a lo largo del tiempo y el espacio sin importar la distancia. Basado en las extrañas leyes de mecánica cuánticaLa información codificada en estos fotones entrelazados se puede transferir a altas velocidades mientras que su «coherencia cuántica» —un estado en el que las partículas están entrelazadas— garantiza que los datos no puedan ser interceptados.
Pero uno de los desafíos clave en la construcción de una red cuántica ha sido que la fuerza de estos fotones puede disminuir cuanto más viajan; las fuentes de luz no han sido lo suficientemente brillantes. Para construir una red cuántica exitosa que pueda enviar datos a grandes distancias, los fotones deben ser lo suficientemente fuertes como para evitar la «decoherencia», es decir, la pérdida del entrelazamiento y la información que contienen desaparece.
En una investigación publicada el 24 de julio en la revista eLuzCientíficos de Europa, Asia y Sudamérica crearon un nuevo tipo de fuente de señal cuántica utilizando tecnologías existentes que logra un brillo extremadamente alto.
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Lo lograron combinando un emisor de puntos de fotones (un generador de fotones individuales o una partícula de luz) con un resonador cuántico (un dispositivo para fortalecer la firma cuántica) para crear la nueva y poderosa señal cuántica.
Lo que hace que la investigación reciente sea especialmente interesante es que las distintas tecnologías se han probado de forma independiente en laboratorios, pero hasta ahora solo se habían probado por separado. Este estudio es la primera vez que se han utilizado en conjunto.
Los investigadores combinaron el emisor de puntos de fotones con un resonador Bragg circular (un reflector utilizado para guiar las ondas electromagnéticas) en un actuador piezoeléctrico (un dispositivo que genera electricidad cuando se aplica calor o tensión). Juntos crearon una forma mejorada de emisor de fotones, que puede ajustar con precisión los fotones emitidos para lograr el máximo entrelazamiento polarizado. Esto se controló mediante el uso del actuador piezoeléctrico.
Los pares de fotones generados por el dispositivo tenían una alta fidelidad de entrelazamiento y eficiencia de extracción, lo que significa que cada fotón es lo suficientemente brillante como para ser útil y mantiene bien su «firma cuántica» (una propiedad cuántica útil). Anteriormente era difícil lograr un nivel útil de brillo y una alta fidelidad de entrelazamiento al mismo tiempo, porque cada aspecto requería una tecnología diferente y era difícil combinarlos de manera escalable.
Este es un importante paso adelante en el desarrollo de tecnologías cuánticas prácticas, que demuestra cómo pueden combinarse para crear una fuente de luz más potente y viable.
Lamentablemente, no deberíamos esperar una Internet cuántica en un futuro próximo, ya que las distintas tecnologías siguen en fase experimental y de desarrollo. La fabricación del emisor de fotones utilizado en el estudio también requirió materias primas tóxicas, incluido el arsénico, que requirió una manipulación especializada. También existen preocupaciones de seguridad en torno al uso de arseniuro de galio, con el que se fabricó el emisor de puntos de fotones. Científico Fisherproveedor de equipos de laboratorio y productos químicos para la investigación científica, liza El arseniuro de galio es peligroso por varias razones, incluidas sus propiedades cancerígenas.
Las preocupaciones de seguridad relacionadas con el uso de estos materiales podrían limitar la escalabilidad de la metodología descrita. Por lo tanto, puede ser necesario identificar materiales alternativos viables para generar fotones brillantes y entrelazados para futuras redes de comunicaciones cuánticas.
La siguiente etapa del proceso de desarrollo será la integración de una estructura similar a un diodo en el actuador piezoeléctrico, lo que permitiría generar un campo eléctrico a través de los puntos cuánticos para contrarrestar la decoherencia y, por lo tanto, aumentar el grado de entrelazamiento.
Aunque todavía quedan muchos pasos por dar en el desarrollo de una Internet cuántica, combinar con éxito un emisor de fotones y un resonador para lograr fotones con alto brillo y entrelazamiento es, no obstante, un avance significativo, dijeron los científicos.
