Fotón emitiendo 'luz

Universidad de Leiden

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Un doctorado. Candidato en ha desarrollado una técnica innovadora para crear los componentes básicos de una futura computadora cuántica o Internet de una manera más controlada, abriendo una solución potencial a muchos de los desafíos en el camino hacia esta tecnología tan buscada.

La tesis doctoral de Petr Steindl, que defendió la semana pasada como último paso de su doctorado. programa de la Universidad de Leiden en Alemania, explora una nueva técnica para generar fotones utilizando puntos cuánticos y microcavidades.

"En pocas palabras, un punto cuántico es una pequeña isla de material semiconductor", dijo Steindl en un comunicado de la Universidad de Leiden. "Como sólo tiene un tamaño de unos pocos nanómetros, siente efectos cuánticos, como un átomo".

A veces llamados átomos artificiales, los puntos cuánticos ofrecen una forma más controlable de explorar los fenómenos cuánticos, lo que los hace ideales para la tarea de emitir fotones individuales a partir de un material.

Para ello, Steindl colocó esta "isla" semiconductora en una microcavidad, que es un agujero de sólo unos pocos nanómetros de diámetro, de modo que sólo permite que pasen a través de él longitudes de onda de luz precisas.

"Puedes imaginar esta cavidad como dos espejos uno frente al otro", dijo Steindl. “La luz láser rebota entre ellos. Al punto cuántico no le gusta interactuar con la luz, pero la cavidad óptica lo hace más probable porque el láser pasa por el punto muchas veces”.

Esta luz eventualmente interactúa con los electrones en el punto cuántico, y aquí es donde las cosas se ponen interesantes para los investigadores de computadoras cuánticas.

"El láser resonante excita un electrón en el punto cuántico desde su estado de energía fundamental a uno superior", dijo Steindl. “Cuando vuelve al estado fundamental, el punto cuántico emite un solo fotón. La microcavidad dirige convenientemente este fotón hacia el resto de nuestra configuración”.

Separar el fotón del láser es un desafío, ya que tiene la misma longitud de onda que el láser, pero según Steindl, esto también se puede solucionar.

“Sin embargo, el desafío es separar este fotón de la luz láser. Tiene la misma longitud de onda que el láser pero una polarización ligeramente diferente. Puedes explotar esa propiedad para aislar el fotón”.

Luego, los fotones individuales se pueden utilizar en todo tipo de otras tecnologías, especialmente en aplicaciones de computación cuántica, donde los fotones individuales pueden tener poderosos efectos cuánticos.

"Sabemos que los fotones individuales son útiles para la seguridad y la autenticación", dijo Steindl. “Por ejemplo, se pueden enviar dos fotones individuales idénticos desde diferentes ubicaciones en un divisor de haz. Si estos fotones llegan en un estado alterado o no simultáneamente, sabes que hubo un espía”.

"Me parece absolutamente sorprendente construir estas estructuras ligeras", añade Steindl. “El hecho de que sea posible hacer esto es alucinante. Que podamos entender la física a un nivel tan profundo. Aunque es fascinante, el potencial de las aplicaciones cuánticas casi me parece un efecto secundario”.