Una nueva fuente ultrabright de pares de fotones entrelazados

En el corazón mismo de aplicaciones como la criptografía cuántica, la computación y la teleportación se encuentra un fascinante fenómeno conocido como «entrelazamiento». Dos fotones están entrelazados si las propiedades de un dependerá de los de la otra, cualquiera que sea la distancia que los separa. Una nueva fuente de fotones entrelazados veinte veces más brillante que todos los sistemas existentes ha sido desarrollado por un equipo del Laboratorio de las Photonique et de nano-estructuras (LPN) del CNRS. Este nuevo dispositivo es capaz de un impulso considerable para la tasa de comunicaciones cuánticas y constituye un componente clave en los futuros procesos de lógica cuántica. Estos resultados se publican en la revista Nature el 8 de julio de 2010.

Tome un fotón en París y otro en Tokio: si están «enredados», que son interdependientes y la medición de las propiedades de uno hace que sea posible conocer las propiedades de la otra al instante, sea cual sea la distancia que los separa. Esta misteriosa propiedad, conocida como «entrelazado», ha de largo alcance potencial de aplicación en los campos de información, tales como la criptografía cuántica, computación cuántica y teleportación cuántica. Normalmente, los investigadores utilizan las fuentes de pares de fotones entrelazados que son fáciles de poner en su lugar (un láser de la transformación de un fotón en dos fotones de diferente color), pero con un brillo muy bajo: menos de un pulso de 100 en realidad contiene un par de fotones entrelazados, , que limita considerablemente la tasa de cualquier comunicación cuántica. Además, el tamaño de las fuentes de esos significa que no pueden ser fácilmente integrados en microsistemas. Un equipo de del Laboratorio de Photonique et de nano-estructuras (LPN) del CNRS ha desarrollado una fuente de luz de fotones entrelazados veinte veces más brillante que todos los sistemas existentes. Los investigadores han inventado una nueva «molécula fotónicos» sistema en el que un semiconductor de puntos cuánticos (1)emite un par de fotones entrelazados por el impulso de excitación. Esta molécula fotónicos constituye una trampa para cada uno de los fotones de la pareja y les permite ser recogida de manera eficiente. Esta nueva fuente opera a una velocidad de un par de fotones recogidos cada 8 pulsos (comparado con menos de un par cada 100 pulsos hasta ahora). A la larga, los investigadores deben ser capaces de alcanzar una tasa de cercana a un par de fotones por pulso. Este dispositivo podría hacer posible la fabricación de diodos electroluminiscentes de pares de fotones entrelazados, con tasas cercanas a un gigahertz (en otras palabras, alrededor de mil millones de hertz).Además, los científicos LPN también han demostrado que el uso de esta «molécula fotónicos» concepto permite que la calidad del entrelazamiento de los pares de fotones emitidos a ser mejorado.

Fotones desenredado


© Jean-Louis Le Hir

Esta imagen representa, en la esquina superior derecha, el nuevo componente producido en este experimento: dos pilares de tamaño micrométrico se acoplan para formar la «molécula de fotónica». El semiconductor de puntos cuánticos (de tamaño nanométrico) se inserta en uno de los pilares (visible como el punto brillante en el pilar de la derecha). La parte inferior de la imagen muestra el diagrama de radiación de los fotones entrelazados emitidos por el componente.


 

Notas:

(1) Los puntos cuánticos son nanocristales de material semiconductor, las dimensiones de los cuales son típicamente de 20 nanómetros (es decir, 20 mil millonésimas de metro). En virtud de su tamaño, un punto cuántico se comporta como un pozo de potencial que las compañías confina dentro de las tres dimensiones de un espacio típicamente del orden de varias decenas de nanómetros de un semiconductor. Este confinamiento da las propiedades de puntos cuánticos similares a las de un átomo.

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