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| Fig.1 Ilustración conceptual de la iluminación eficiente de fotones a puntos cuánticos laterales semiconductores, mediante el uso de una antena de plasmón superficial y la excitación de electrones en los puntos cuánticos. Crédito: Oiwa lab |
Investigadores japoneses han fabricado una nanoantena que contribuirá a acercar las redes de información cuántica al uso práctico.
En un estudio publicado recientemente en Applied Physics Express, investigadores de la Universidad de Osaka y socios colaboradores han mejorado sustancialmente la conversión de fotones en electrones mediante una nanoestructura metálica, lo que supone un importante paso adelante en el desarrollo de tecnologías avanzadas para compartir y procesar datos.
Las nanocajas semiconductoras conocidas como puntos cuánticos son materiales que los investigadores han propuesto para almacenar y transferir información cuántica. Sin embargo, las tecnologías de repetición cuántica tienen algunas limitaciones: por ejemplo, las formas actuales de convertir la información basada en fotones en información basada en electrones son muy ineficientes.
"La eficiencia de la conversión de fotones individuales en electrones individuales en los puntos cuánticos de arseniuro de galio -materiales habituales en la investigación de la comunicación cuántica- es actualmente demasiado baja", explica el autor principal, Rio Fukai.
"En consecuencia, diseñamos una nanoantena -que consiste en anillos concéntricos de oro ultrapequeños- para concentrar la luz en un solo punto cuántico, lo que da lugar a una lectura de voltaje de nuestro dispositivo".
Los investigadores mejoraron la absorción de fotones hasta en un factor de 9, en comparación con la no utilización de la nanoantena. Tras iluminar un solo punto cuántico, la mayoría de los electrones fotogenerados no quedaban atrapados allí, sino que se acumulaban en impurezas u otros lugares del dispositivo. No obstante, estos electrones sobrantes dieron una lectura de voltaje mínima que se distinguía fácilmente de la generada por los electrones del punto cuántico y, por tanto, no interrumpía la lectura prevista del dispositivo.
"Las simulaciones teóricas indican que podemos mejorar la absorción de fotones hasta un factor de 25", afirma el autor principal, Akira Oiwa. "Mejorar la alineación de la fuente de luz y fabricar con más precisión la nanoantena son direcciones de investigación en curso en nuestro grupo".
Estos resultados tienen importantes aplicaciones. Los investigadores disponen ahora de un medio para utilizar una nanofotónica bien establecida para avanzar en las perspectivas de las próximas redes de comunicación e información cuánticas. Al utilizar propiedades físicas abstractas como el entrelazamiento y la superposición, la tecnología cuántica podría proporcionar una seguridad de la información y un procesamiento de datos sin precedentes en las próximas décadas.
Fuentes, créditos y referencias:
Rio Fukai et al, Detection of photogenerated single electrons in a lateral quantum dot with a surface plasmon antenna, Applied Physics Express (2021). DOI: 10.35848/1882-0786/ac336d