La ciencia y tecnología de la información cuántica ha surgido como un nuevo paradigma para una computación dramáticamente más rápida y una comunicación segura en el siglo XXI. En el corazón de cualquier sistema cuántico se encuentra el bloque de construcción más básico, el bit cuántico o qbit, que transporta la información cuántica.que se puede transferir y procesar este es el análogo cuántico del bit utilizado en los sistemas de información actuales. El qbit portador más prometedor para la transferencia de información cuántica a larga distancia, en última instancia, rápida es el fotón, la unidad cuántica de luz.
El desafío al que se enfrentan los científicos es producir fuentes artificiales de fotones para diversas tareas de información cuántica. Uno de los mayores desafíos es el desarrollo de fuentes de fotones eficientes y escalables que se puedan montar en un chip y operar a temperatura ambiente. La mayoría de las fuentes utilizadas enLos laboratorios de hoy tienen que estar muy fríos a la temperatura del helio líquido, alrededor de -270 ° C, lo que requiere refrigeradores grandes y costosos. Muchas fuentes también emiten fotones en direcciones indefinidas, lo que hace que la recolección eficiente sea un problema difícil.
Ahora, un equipo de científicos de la Universidad Hebrea de Jerusalén ha demostrado una fuente de fotón único eficiente y compacta que puede operar en un chip a temperatura ambiente. Usando diminutos nanocristales hechos de materiales semiconductores, los científicos desarrollaron un método en el que un soloEl nanocristal se puede colocar con precisión en la parte superior de una nanoantena especialmente diseñada y cuidadosamente fabricada.
De la misma manera que las grandes antenas en los tejados dirigen la emisión de ondas de radio clásicas para transmisiones celulares y por satélite, la nanoantena dirigió de manera eficiente los fotones individuales emitidos por los nanocristales en una dirección bien definida en el espacio. Este dispositivo combinado de nanocristales y nanoantenasfue capaz de producir una corriente altamente direccional de fotones individuales, todos volando en la misma dirección con un ángulo de divergencia bajo récord. Estos fotones se recolectaron con una configuración óptica muy simple y se enviaron para ser detectados y analizados utilizando detectores de fotones únicos.
El equipo demostró que este dispositivo híbrido mejora la eficiencia de recolección de fotones individuales en más de un factor de 10 en comparación con un solo nanocristal sin la antena, sin la necesidad de sistemas de recolección óptica complejos y voluminosos utilizados en muchos otros experimentos. Resultados experimentalesmuestran que casi el 40% de los fotones se recolectan fácilmente con un aparato óptico muy simple, y más del 20% de los fotones se emiten en una apertura numérica muy baja, una mejora de 20 veces con respecto a un punto cuántico independiente, y con una probabilidad demás del 70% para una emisión de un solo fotón. La pureza de un solo fotón está limitada solo por la emisión del metal, un obstáculo que puede evitarse con un diseño y una fabricación cuidadosos.
Las antenas se fabricaron utilizando capas metálicas y dieléctricas simples utilizando métodos que son compatibles con las tecnologías de fabricación industrial actuales, y muchos de estos dispositivos se pueden fabricar densamente en un pequeño chip. El equipo ahora está trabajando en una nueva generación de dispositivos mejorados quepermiten la producción determinista de fotones individuales directamente desde el chip en fibras ópticas, sin ningún componente óptico adicional, con una eficiencia cercana a la unidad.
"Esta investigación allana una ruta prometedora para una fuente de fotón único en chip de alta pureza y alta eficiencia que opere a temperatura ambiente, un concepto que puede extenderse a muchos tipos de emisores cuánticos. Una fuente de fotón único altamente direccional podría conducir aun progreso significativo en la producción de fuentes compactas, baratas y eficientes de bits de información cuántica para futuras aplicaciones tecnológicas cuánticas ", dijo el profesor Ronen Rapaport, del Instituto de Física Racah, el Departamento de Física Aplicada y el Centro de Nanociencia y Nanotecnología dela Universidad Hebrea de Jerusalén.
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Materiales proporcionado por Universidad Hebrea de Jerusalén . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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