Las autopistas ópticas para la luz están en el corazón de las comunicaciones modernas. Pero cuando se trata de guiar destellos individuales de luz llamados fotones, el tránsito confiable es mucho menos común. Ahora, una colaboración de investigadores del Joint Quantum Institute JQI de la Universidad de Maryland, dirigido por el profesor asociado Mohammad Hafezi y el profesor Edo Waks, ha creado un chip fotónico que genera fotones individuales y los dirige.para Investigación en Electrónica y Física Aplicada.
El dispositivo, descrito en el diario ciencia , presenta una forma para que la luz cuántica se mueva sin problemas, sin que se vea afectada por ciertos obstáculos.
"Este diseño incorpora ideas bien conocidas que protegen el flujo de corriente en ciertos dispositivos eléctricos", dice Hafezi. "Aquí, creamos un entorno análogo para los fotones, uno que protege la integridad de la luz cuántica, incluso en presencia deciertos defectos "
El chip comienza con un cristal fotónico, que es una tecnología establecida y versátil utilizada para crear caminos para la luz. Se hacen perforando agujeros a través de una lámina de semiconductor. Para los fotones, el patrón de agujeros repetidos se parece mucho a un cristal realLos investigadores utilizan diferentes patrones de agujeros para cambiar la forma en que la luz se dobla y rebota a través del cristal. Por ejemplo, pueden modificar los tamaños y las separaciones de los agujeros para crear carriles de recorrido restringidos que permitan el paso de ciertos colores claros,mientras se prohíbe a otros.
A veces, incluso en estos dispositivos cuidadosamente fabricados, hay fallas que alteran la ruta prevista de la luz, lo que hace que se desvíe en una dirección inesperada. Pero en lugar de deshacerse de sus fallas, el equipo de JQI mitiga este problema al repensar el cristalformas de agujeros y patrón de cristal. En el nuevo chip, graban miles de agujeros triangulares en una matriz que se asemeja a un panal de abeja. A lo largo del centro del dispositivo cambian el espacio de los agujeros, lo que abre un tipo diferente de carril de viaje parala luz. Anteriormente, estos investigadores predijeron que los fotones que se mueven a lo largo de esa línea de agujeros desplazados deberían ser impermeables a ciertos defectos debido a la estructura cristalina general o la topología. Ya sea que el carril sea un camino de retorno o un disparo recto, el camino de la luz desde el origenal destino debe asegurarse, independientemente de los detalles de la carretera.
La luz proviene de pequeñas partículas de semiconductores, denominados emisores cuánticos, incrustados en el cristal fotónico. Los investigadores pueden usar láseres para impulsar este material para liberar fotones individuales. Cada emisor puede ganar energía al absorber fotones láser y perder energía más tardeescupiendo esos fotones, uno a la vez. Los fotones que provienen de los dos estados más energéticos de un solo emisor son de diferentes colores y giran en direcciones opuestas. Para este experimento, el equipo utiliza fotones de un emisor que se encuentra cerca del centro del chip.
El equipo probó las capacidades del chip cambiando primero un emisor cuántico de su estado de energía más bajo a uno de sus dos estados de energía más altos. Al relajarse de nuevo, el emisor saca un fotón al carril de viaje cercano. Continuaron estoprocesan muchas veces, utilizando fotones de los dos estados de mayor energía. Vieron que los fotones emitidos por los dos estados preferían viajar en direcciones opuestas, lo que era evidencia de la topología cristalina subyacente.
Para confirmar que el diseño podría ofrecer carriles de tráfico protegidos para fotones individuales, el equipo creó un giro de 60 grados en el patrón de agujeros. En los cristales fotónicos típicos, sin características protectoras incorporadas, tal pliegue probablemente causaría algo dela luz para reflejarse hacia atrás o dispersarse en otra parte. En este nuevo chip, la topología protegió a los fotones y les permitió continuar su camino sin obstáculos.
"En Internet, la información se mueve en paquetes de luz que contienen muchos fotones, y perder algunos no te hace demasiado daño", dice el coautor Sabyasachi Barik, un estudiante graduado en JQI. "En el procesamiento de información cuántica,necesitamos proteger cada fotón individual y asegurarnos de que no se pierda en el camino. Nuestro trabajo puede aliviar algunas formas de pérdida, incluso cuando el dispositivo no es completamente perfecto ".
El diseño es flexible y podría permitir a los investigadores ensamblar sistemáticamente rutas para fotones individuales, dice Waks. "Tal enfoque modular puede conducir a nuevos tipos de dispositivos ópticos y permitir interacciones personalizadas entre emisores de luz cuánticos u otros tipos de materia".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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