Los ingenieros han demostrado que un método ampliamente utilizado para detectar fotones individuales también puede contar la presencia de al menos cuatro fotones a la vez. Los investigadores dicen que este descubrimiento desbloqueará nuevas capacidades en los laboratorios de física que trabajan en la ciencia de la información cuántica en todo el mundo, mientras queproporcionando caminos más fáciles para desarrollar tecnologías basadas en la cuántica.
El estudio fue una colaboración entre la Universidad de Duke, la Universidad Estatal de Ohio y el socio de la industria Quantum Opus, y apareció en línea el 14 de diciembre en la revista óptica .
"Los expertos en el campo estaban tratando de hacer esto hace más de una década, pero sus cálculos concluyentes concluyeron que sería imposible", dijo Daniel Gauthier, profesor de física en el estado de Ohio que anteriormente era elpresidente de física de Duke: "Hicieron cosas diferentes y nunca lo volvieron a visitar. Tenían en mente que no era posible y que no valía la pena dedicarle tiempo".
"Cuando presentamos nuestros datos, los expertos mundiales quedaron impresionados", continuó Jungsang Kim, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Duke. "Es bueno tener un grupo como el nuestro que comenzó un poco más tarde y decidimos probar algo porque nosotrosno tenía anteojeras "
El descubrimiento trata de un nuevo método para usar un detector de fotones llamado detector de fotón único de nanocables superconductor SNSPD.
En el corazón del detector hay un filamento superconductor. Un superconductor es un material especial que puede transportar una corriente eléctrica para siempre con cero pérdidas a bajas temperaturas. Pero al igual que un trozo normal de alambre de cobre, un superconductor solo puede transportar tantoelectricidad a la vez.
Un SNSPD funciona cargando un segmento en bucle de cable superconductor con una corriente eléctrica cercana a su límite máximo. Cuando pasa un fotón, hace que caiga ese límite máximo en una pequeña porción del cable, creando una breve pérdida de superconductividadEsa pérdida, a su vez, hace que una señal eléctrica marque la presencia del fotón.
En la nueva configuración, los investigadores prestan especial atención a la forma específica del pico inicial en la señal eléctrica, y muestran que pueden obtener suficientes detalles para contar correctamente al menos cuatro fotones que viajan juntos en un paquete.
"La resolución de número de fotones es muy útil para mucha información cuántica / comunicación y experimentos de óptica cuántica, pero no es una tarea fácil", dijo Clinton Cahall, estudiante de doctorado en ingeniería eléctrica en Duke y primer autor del artículo."Ninguna de las opciones comerciales se basa en superconductores, que proporcionan el mejor rendimiento. Y aunque otros laboratorios han construido detectores superconductores con esta capacidad, son raros y carecen de la facilidad de nuestra configuración y de su sensibilidad en áreas importantes comovelocidad de conteo o resolución de tiempo "
Para que otros laboratorios hagan uso del descubrimiento, todo lo que necesitarían es un tipo específico de amplificador para aumentar la pequeña señal eléctrica del SNSPD. El amplificador debe funcionar a las mismas bajas temperaturas que el SNSPD - menos 452 grados Fahrenheit -para reducir el ruido de fondo. También debe tener un ancho de banda amplio para evitar distorsionar la señal. Tales amplificadores ya están disponibles comercialmente y muchos laboratorios los tienen.
Los resultados permitirán a los investigadores de todo el mundo que trabajan en mecánica cuántica adquirir de inmediato nuevas habilidades con su equipo existente. Como ejemplo, el grupo del estado de Duke-Ohio también informó recientemente cómo usar el tiempo de los fotones entrantes además de sus estados cuánticospodría aumentar considerablemente la velocidad de las técnicas de cifrado cuántico.
El equipo ahora está trabajando para optimizar su configuración para ver hasta qué punto pueden estirar sus habilidades. Creen que con la electrónica adecuada y un poco de práctica, podrían contar 10 o incluso 20 fotones a la vez. El grupo tambiénsolicitó una patente para crear dispositivos estándar basados en su método.
La investigación fue apoyada por la Oficina de Investigación Naval N00014-13-1-0627 y la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio NNX13AP35A.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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