Las computadoras cuánticas súper rápidas y los dispositivos de comunicación podrían revolucionar innumerables aspectos de nuestras vidas, pero primero, los investigadores necesitan una fuente rápida y eficiente de los pares de fotones entrelazados que tales sistemas utilizan para transmitir y manipular la información.
Los investigadores del Instituto Tecnológico Stevens han hecho precisamente eso, no solo creando una fuente de fotones basada en un chip 100 veces más eficiente que lo que antes era posible, sino poniendo a nuestro alcance la integración masiva de dispositivos cuánticos.
"Se ha sospechado durante mucho tiempo que esto era posible en teoría, pero somos los primeros en demostrarlo en la práctica", dijo Yuping Huang, profesor asociado de física de Gallagher y director del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica.
Para crear pares de fotones, los investigadores atrapan la luz en microcavidades cuidadosamente esculpidas a nanoescala; a medida que la luz circula por la cavidad, sus fotones resuenan y se dividen en pares entrelazados. Pero hay un inconveniente: en la actualidad, estos sistemas son extremadamente ineficientes, ya que requieren un torrente de luz láser entrante que comprende cientos de millones de fotones antes de que un solo par de fotones entrelazados aparezca a regañadientes en el otro extremo.
Huang y sus colegas de Stevens han desarrollado ahora una nueva fuente de fotones basada en un chip que es 100 veces más eficiente que cualquier dispositivo anterior, permitiendo la creación de decenas de millones de pares de fotones entrelazados por segundo a partir de un solo rayo láser.
"Este es un gran hito para las comunicaciones cuánticas", dijo Huang, cuyo trabajo se publicó en la revista Physical Review Letters.
Trabajando con los estudiantes graduados de Stevens, Zhaohui Ma y Jiayang Chen, Huang se basó en una investigación previa de su laboratorio para tallar microcavidades de altísima calidad en escamas de cristal de niobato de litio. Las cavidades en forma de pista reflejan internamente los fotones con muy poca pérdida de energía, permitiendo que la luz circule más tiempo e interactúe con mayor eficiencia.
Mediante el ajuste de factores adicionales como la temperatura, el equipo fue capaz de crear una fuente de brillo sin precedentes de pares de fotones entrelazados. En la práctica, eso permite que los pares de fotones se produzcan en cantidades mucho mayores para una cantidad dada de luz entrante, reduciendo drásticamente la energía necesaria para alimentar los componentes cuánticos.
El objetivo final, dijo Huang, es hacer que los dispositivos cuánticos sean tan eficientes y baratos de operar que puedan ser integrados en los principales dispositivos electrónicos. "Queremos sacar la tecnología cuántica del laboratorio, para que pueda beneficiar a todos y cada uno de nosotros", explicó. "Algún día pronto queremos que los niños tengan portátiles cuánticos en sus mochilas, y estamos presionando mucho para que eso sea una realidad".
