- Las fuentes de fotones cuánticos operan directamente dentro del rango de longitud de onda de fibra de telecomunicaciones existente
- El nuevo punto cuántico produce fotones individuales uniformes adecuados para sistemas de comunicación seguros
- La compatibilidad con chips de silicio abre el camino a redes cuánticas escalables
Investigadores europeos del Instituto Niels Bohr dicen que han resuelto un antiguo obstáculo físico que ha bloqueado las redes cuánticas en los sistemas de fibra tradicionales.
Su trabajo se centra en la creación de fotones individuales controlados con precisión que viajan a través de los mismos cables ópticos que ya se utilizan en las redes de telecomunicaciones modernas.
El equipo ha desarrollado puntos cuánticos que emiten exactamente un fotón cuando son activados por un pulso láser. Esa emisión controlada permite que la información cuántica pase a través de líneas de fibra sin duplicación, lo cual es esencial para sistemas de comunicación cuánticos seguros.
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Superar un problema de ruido
Los diseños de puntos cuánticos anteriores producían fotones individuales fiables, pero aparecían en una longitud de onda de alrededor de 930 nm que no coincidía con la infraestructura de telecomunicaciones.
Como las redes de fibra estándar operan en longitudes de onda más largas, comenzando alrededor de 1260 nm, los investigadores se ven atrapados con señales que luchan por viajar distancias útiles fuera del entorno de un laboratorio.
Esta discrepancia se puede superar diseñando puntos cuánticos que emitan directamente fotones alrededor de 1300 nm, colocándolos dentro de la misma banda de longitud de onda utilizada en las redes globales de fibra.
Esto elimina la necesidad de hardware complejo de conversión de frecuencia que anteriormente agregaba ruido y ralentizaba el desarrollo.
El ruido era uno de los problemas más difíciles porque era necesario producir fotones idénticos una y otra vez sin diferencia en la emisión.
“En este contexto, el ruido significa que no se puede producir un fotón tras otro con las mismas propiedades. Los fotones tienen que ser perfectamente idénticos y lograr este nivel de coherencia cuántica en la banda de telecomunicaciones ha resultado ser un gran desafío”, afirmó Leonardo Midolo, investigador de Niels Bohr.
La pequeña estructura detrás de este avance contiene alrededor de 30.000 átomos y mide aproximadamente 5,2 nm de largo y 20 nm de ancho, y se comporta como átomos artificiales bajo estimulación láser.
Después de la excitación, el electrón atrapado emite exactamente un fotón, creando una señal cuántica repetible adecuada para tareas computacionales y de comunicación.
La fabricación de estos dispositivos se basa en técnicas de fabricación de chips altamente controladas que dan forma a los materiales en circuitos fotónicos a nanoescala.
“En el Instituto Niels Bohr utilizamos nanofabricación avanzada en nuestra sala limpia para modelar estos materiales en circuitos fotónicos cuánticos”, dijo Markus Albrechtsen, primer autor conjunto del estudio.
“Fabricamos nanochips y los probamos con láseres a bajas temperaturas para que emitan fotones individuales altamente coherentes”.
La compatibilidad con los chips fotónicos de silicio añade una importante ventaja práctica, ya que el silicio ya domina la producción de hardware óptico a gran escala en todo el mundo.
Operar directamente en longitudes de onda de telecomunicaciones permite que estos emisores cuánticos se integren en plataformas de chips existentes sin reconstruir procesos de fabricación completos desde cero.
Los investigadores aún enfrentan importantes desafíos de ingeniería, ya que la ampliación de los prototipos de laboratorio a redes cuánticas que abarcan todo el continente requiere repetidores confiables y hardware de manejo de señales de larga distancia.
Aun así, las señales son buenas. “Abre la puerta a muchas posibilidades, posibilidades que durante mucho tiempo se consideraban fuera de nuestro alcance”, afirma Midolo.
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