Las nanoestructuras fotónicas avanzadas están en camino de revolucionar la tecnología cuántica para redes cuánticas basadas en la luz. Investigadores del Instituto Niels Bohr han desarrollado los primeros bloques de construcción necesarios para construir complejos circuitos fotónicos cuánticos para redes cuánticas. Este rápido desarrollo en cuánticaredes se destaca en un artículo en la revista científica, Naturaleza .
La tecnología cuántica basada en la luz fotones se llama fotónica cuántica, mientras que la electrónica se basa en electrones. Los fotones partículas de luz y los electrones se comportan de manera diferente a nivel cuántico. Una entidad cuántica es la unidad más pequeña en el mundo microscópico. Por ejemplo, los fotones son el componente fundamental de la luz y los electrones de la corriente eléctrica. Los electrones son los llamados fermiones y pueden aislarse fácilmente para conducir la corriente de un electrón a la vez. En contraste, los fotones son bosones, que prefieren agruparse. Pero dado que la información paraLa comunicación cuántica basada en fotónica está codificada en un solo fotón, es necesario emitirlos y enviarlos uno a la vez.
Mayor capacidad de información
La información basada en fotones tiene grandes ventajas; los fotones interactúan muy débilmente con el medio ambiente, a diferencia de los electrones, por lo que los fotones no pierden mucha energía en el camino y, por lo tanto, pueden enviarse a largas distancias. Por lo tanto, los fotones son muy adecuados para transportary la distribución de información y una red cuántica basada en fotones podrá codificar mucha más información de la que es posible con la tecnología informática actual y la información no podría ser interceptada en el camino.
Muchos grupos de investigación en todo el mundo están trabajando intensamente en este campo de investigación, que se está desarrollando rápidamente y, de hecho, los primeros productos comerciales de fotónica cuántica están comenzando a fabricarse.
Control de los fotones
Un requisito previo para las redes cuánticas es la capacidad de crear un flujo de fotones individuales bajo demanda y los investigadores del Instituto Niels Bohr lograron hacer exactamente eso.
"Hemos desarrollado un chip fotónico, que actúa como una pistola de fotones. El chip fotónico consiste en un cristal extremadamente pequeño que tiene 10 micras de ancho una micra es la milésima de milímetro y tiene 160 nanómetros de espesor 1 nanómetro esuna milésima de micra .Incrustada en el centro del chip hay una fuente de luz, que se denomina punto cuántico.
La iluminación del punto cuántico con luz láser excita un electrón, que luego puede saltar de una órbita a otra y, por lo tanto, emitir un solo fotón a la vez. Los fotones generalmente se emiten en todas las direcciones, pero el chip fotónico está diseñado para que todoslos fotones se envían a través de una guía de ondas fotónicas ", explica Peter Lodahl, profesor y jefe del grupo de investigación Quantum Photonics en el Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague.
En un proceso largo y laborioso, el grupo de investigación desarrolló y probó el chip fotónico hasta que alcanzó una eficiencia extrema y Peter Lodahl explica que fue particularmente sorprendente que pudieran lograr que la emisión de fotones ocurriera de una manera que no se había pensado previamenteNormalmente, los fotones se transmiten en ambas direcciones en la guía de ondas fotónicas, pero en su chip fotónico hecho a medida podrían romper esta simetría y lograr que el punto cuántico diferencie entre la emisión de un fotón hacia la derecha o hacia la izquierda, lo que significa emitir fotones direccionales.Esto significa un control total sobre los fotones y los investigadores están comenzando a explorar cómo construir sistemas completos de red cuántica basados en el nuevo descubrimiento.
"Los fotones pueden enviarse a través de largas distancias a través de fibras ópticas, donde atraviesan las fibras con muy poca pérdida. Podría construir una red donde los fotones conectan pequeños sistemas cuánticos, que luego se unen en una red cuántica -- un internet cuántico ", explica Peter Lodahl.
Agrega que si bien las primeras funcionalidades básicas ya son una realidad, el gran desafío ahora es expandirlas a redes cuánticas grandes y complejas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Copenhague - Instituto Niels Bohr . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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