Los investigadores han logrado crear una interfaz eficiente de materia luminotécnica cuántica utilizando una cavidad microscópica. Dentro de esta cavidad, un átomo artificial emite y absorbe un solo fotón hasta 10 veces. Esto abre nuevas perspectivas para la tecnología cuántica,informe de los físicos de la Universidad de Basilea y la Ruhr-University Bochum en la revista Naturaleza .
La física cuántica describe los fotones como partículas de luz. Lograr una interacción entre un solo fotón y un solo átomo es un gran desafío debido al pequeño tamaño del átomo. Sin embargo, enviar el fotón más allá del átomo varias veces por medio de espejos aumenta significativamentela probabilidad de una interacción
Para generar fotones, los investigadores usan átomos artificiales, conocidos como puntos cuánticos. Estas estructuras semiconductoras consisten en una acumulación de decenas de miles de átomos, pero se comportan de manera muy similar a un solo átomo: cuando están excitados ópticamente, su estado de energíacambian y emiten un fotón. "Sin embargo, tienen la ventaja tecnológica de que pueden integrarse en un chip semiconductor", dice el Dr. Daniel Najer, quien realizó el experimento en el Departamento de Física de la Universidad de Basilea.
Sistema de punto cuántico y microcavidad
Normalmente, estas partículas de luz vuelan en todas direcciones como una bombilla. Sin embargo, para su experimento, los investigadores colocaron el punto cuántico en una cavidad con paredes reflectantes. Los espejos curvos reflejan el fotón emitido de ida y vuelta hasta 10,000 veces, causando una interacción entre la luz y la materia.
Las mediciones muestran que un solo fotón es emitido y absorbido hasta 10 veces por el punto cuántico. A nivel cuántico, el fotón se transforma en un estado de mayor energía del átomo artificial, en cuyo punto se crea un nuevo fotón. Yesto sucede muy rápidamente, lo cual es muy deseable en términos de aplicaciones tecnológicas cuánticas: un ciclo dura solo 200 picosegundos.
La conversión de una energía cuántica de un punto cuántico a un fotón y viceversa es teóricamente bien respaldada, pero "nadie ha observado estas oscilaciones tan claramente antes", dice el profesor Richard J. Warburton del Departamento de Física de la Universidadde Basilea.
Interacción en serie de luz y materia
El experimento exitoso es particularmente significativo porque no existen interacciones fotón-fotón directas en la naturaleza. Sin embargo, se requiere una interacción controlada para su uso en el procesamiento de información cuántica.
Al transformar la luz en materia de acuerdo con las leyes de la física cuántica, una interacción entre fotones individuales se vuelve indirectamente posible, es decir, a través del desvío de un enredo entre un fotón y un solo espín electrónico atrapado en el punto cuántico. Si varioslos fotones están involucrados, las puertas cuánticas se pueden crear a través de fotones enredados. Este es un paso vital en la generación de qubits fotónicos, que pueden almacenar información por medio del estado cuántico de las partículas de luz y transmitirlas a largas distancias.
colaboración internacional
El experimento se lleva a cabo en el rango de frecuencia óptica y plantea altas exigencias técnicas sobre el tamaño de la cavidad, que debe adaptarse a la longitud de onda y la reflectividad de los espejos, de modo que el fotón permanezca en la cavidad durante el tiempo que sea necesario.posible.
Los puntos cuánticos semiconductores y un espejo de la cavidad fueron realizados por el equipo encabezado por el profesor Andreas D. Wieck y el Dr. Arne Ludwig en la Ruhr-University Bochum; el otro espejo se realizó en la Universidad de Lyon. Se proporcionó apoyo teórico.por el grupo de teoría de óptica cuántica dirigido por el profesor Nicolas Sangouard de la Universidad de Basilea.
Los recursos financieros para los investigadores de Basilea provienen de NCCR QSIT, la Swiss National Science Foundation y Horizon 2020.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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