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| Los centros defectuosos de las nanoestructuras de diamante pueden utilizarse como bits cuánticos. Mediante operaciones cuánticas (entrelazamiento), la información cuántica puede almacenarse en fotones individuales emitidos y transmitirse por fibras ópticas en la futura internet cuántica. Crédito: Humboldt-Universität zu Berlin |
Un equipo de investigadores de la Humboldt-Universität zu Berlin y del Ferdinand-Braun-Institut ha logrado generar fotones con frecuencias estables emitidos por fuentes de luz cuántica.
"El diamante es un material de gran importancia para tecnologías futuras como Internet cuántico", explican el profesor Tim Schröder de la Humboldt-Universität zu Berlin y sus colegas.
"Los centros defectuosos especiales pueden utilizarse como qubits y emiten partículas de luz individuales que se denominan fotones únicos".
"Para permitir la transmisión de datos con velocidades de comunicación factibles a largas distancias en una red cuántica, todos los fotones deben recogerse en fibras ópticas y transmitirse sin perderse".
"También debe garantizarse que todos estos fotones tengan el mismo color, es decir, la misma frecuencia".
"Cumplir estos requisitos ha sido imposible... hasta ahora".
En su investigación, los autores lograron generar y detectar fotones con frecuencias fotónicas estables emitidos desde fuentes de luz cuánticas o, más concretamente, desde centros de defectos de vacantes de nitrógeno en nanoestructuras de diamante.
"Esto fue posible gracias a una cuidadosa elección del material de diamante, a sofisticados métodos de nanofabricación y a protocolos específicos de control experimental", explican.
"Combinando estos métodos, se puede reducir significativamente el ruido de los electrones, que antes perturbaba la transmisión de datos, y los fotones se emiten a una frecuencia (de comunicación) estable".
Los resultados del equipo demuestran que las velocidades de comunicación actuales entre sistemas cuánticos separados espacialmente pueden multiplicarse por más de 1.000, lo que supone un paso importante hacia la Internet cuántica.
"Integramos qubits individuales en nanoestructuras de diamante optimizadas", explican.
"Estas estructuras son mil veces más finas que un cabello humano y permiten transferir fotones emitidos de forma dirigida a fibras de vidrio".
"Sin embargo, durante la fabricación de las nanoestructuras, la superficie del material se daña a nivel atómico, y los electrones libres crean un ruido incontrolable para las partículas de luz generadas".
"El ruido, comparable a una radiofrecuencia inestable, provoca fluctuaciones en la frecuencia de los fotones, impidiendo el éxito de operaciones cuánticas como el entrelazamiento."
"Una característica especial del material de diamante utilizado es su densidad relativamente alta de átomos de impurezas de nitrógeno en la red cristalina".
"Estos posiblemente protegen la fuente de luz cuántica del ruido de electrones en la superficie de la nanoestructura".
"Sin embargo, los procesos físicos exactos deben estudiarse con más detalle en el futuro", afirma la primera autora, la Dra. Laura Orphal-Kobin, también de la Humboldt-Universität zu Berlin.
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