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| Aunque los puntos cuánticos de los investigadores de Basilea son diferentes, emiten partículas de luz exactamente idénticas. Crédito: Universidad de Basilea, Departamento de Física |
Muchas tecnologías se diseñan utilizando la mecánica cuántica. Estas
tecnologías se basan en fotones exactamente iguales. Sin embargo, no es
fácil generar tales fotones. Deben tener exactamente la misma longitud de
onda (color), la misma forma y la misma polarización.
Un equipo de científicos dirigido por Richard Warburton, de la Universidad
de Basilea, en colaboración con colegas de la Universidad de Bochum, ha
conseguido producir fotones idénticos con diferentes puntos cuánticos.
Crearon fotones idénticos procedentes de fuentes diferentes y muy separadas.
Los puntos cuánticos (QD) son partículas semiconductoras de unos pocos
nanómetros de tamaño, con propiedades ópticas y electrónicas que difieren de
las partículas más grandes debido a la mecánica cuántica. En los puntos
cuánticos, los electrones están atrapados de manera que sólo pueden adoptar
niveles de energía muy específicos.
Al pasar de un nivel a otro, se emite luz. Se pueden fabricar fotones
individuales con sólo pulsar un botón mediante un pulso láser que induzca
dicha transición.
Liang Zhai, investigador postdoctoral y primer autor del estudio publicado
recientemente en Nature Nanotechnology, dijo: "En los últimos años, otros
investigadores ya han creado fotones idénticos con diferentes puntos
cuánticos. Sin embargo, para hacerlo, de entre un enorme número de fotones,
tenían que escoger los más parecidos mediante filtros ópticos".
Los científicos optaron por un enfoque diferente: Produjeron arseniuro de
galio extremadamente puro con el que se fabricaron los puntos cuánticos.
Como resultado, las diferencias inherentes entre los puntos cuánticos
podrían mantenerse al mínimo. Los físicos de Basilea utilizaron electrodos
para exponer dos puntos cuánticos a campos eléctricos finamente ajustados.
Estos campos cambiaron los niveles de energía de los puntos cuánticos y se
ajustaron para que los fotones liberados por los puntos cuánticos tuvieran
todos la misma longitud de onda.
Los científicos utilizaron un espejo semipalmeado para demostrar que los
fotones eran realmente indistinguibles. Observaron que las partículas de luz
casi siempre viajaban a través del espejo como un par o se reflejaban como
un par. Basándose en este hallazgo, pudieron deducir que los fotones eran
idénticos en un 93%. En otras palabras, aunque los fotones "nacieron" de
forma totalmente independiente unos de otros, crearon gemelos.
Los científicos también descubrieron un componente esencial de los
ordenadores cuánticos: la llamada puerta NOT controlada (o puerta CNOT).
Estas puertas pueden utilizarse para implementar algoritmos cuánticos que
pueden resolver problemas específicos mucho más rápido que los ordenadores
clásicos.
El estudiante de doctorado Giang Nguyen dijo: "En este momento, nuestro
rendimiento de fotones idénticos sigue siendo de alrededor del uno por
ciento. Sin embargo, ya tenemos una idea bastante buena de cómo aumentar ese
rendimiento en el futuro. Eso prepararía el método de los fotones gemelos
para posibles aplicaciones en diferentes tecnologías cuánticas".
Fuentes, créditos y referencias:
Fuente: Universidad de Basel