Las bombillas domésticas emiten un torrente caótico de energía, ya que billones de minúsculas partículas de luz, llamadas fotones, se reflejan y se dispersan en todas las direcciones. Las fuentes de luz cuántica, por otro lado, son como pistolas de luz que disparan fotones individuales uno por unouno, cada vez que se activan, lo que les permite llevar información digital a prueba de piratería, tecnología atractiva para industrias como las finanzas y la defensa.
Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología Stevens y la Universidad de Columbia han desarrollado un método escalable para crear grandes cantidades de estas fuentes de luz cuántica en un chip con una precisión sin precedentes que no solo podría allanar el camino para el desarrollo de sistemas criptográficos irrompibles sino también cuánticoscomputadoras que pueden realizar cálculos complejos en segundos, lo que llevaría a las computadoras normales años para terminar.
"La búsqueda de fuentes de luz cuánticas escalables ha estado en curso durante 20 años, y más recientemente se ha convertido en una prioridad nacional", dice Stefan Strauf, quien dirigió el trabajo y también es director del Laboratorio Nanofotónico de Stevens. "Este es elprimera vez que alguien ha logrado un nivel de control espacial combinado con alta eficiencia en un chip que es escalable, todo lo cual es necesario para realizar tecnologías cuánticas ".
El trabajo, que se informará en la edición en línea anticipada del 29 de octubre de Nanotecnología de la naturaleza , describe un nuevo método para crear fuentes de luz cuánticas bajo demanda en cualquier ubicación deseada en un chip, estirando una película delgada de átomo de material semiconductor sobre nanocubos hechos de oro. Al igual que la envoltura tensa, la película se estira sobre las esquinasde los nanocubos, imprimiendo ubicaciones definidas donde se forman los emisores de un solo fotón.
Investigaciones anteriores han probado métodos para producir emisores cuánticos en ubicaciones definidas, pero estos diseños no eran escalables ni eficientes para activar fotones individuales con la frecuencia suficiente para ser prácticamente útiles. Strauf y su equipo cambiaron todo eso al convertirse en los primeros en combinar control espacial yescalabilidad con la capacidad de emitir eficientemente fotones bajo demanda.
Para lograr estas capacidades, el equipo de Strauf diseñó un enfoque único en el que el nanocubo de oro tiene un doble propósito: imprime el emisor cuántico en el chip y actúa como una antena a su alrededor. Al crear los emisores cuánticos entre el nanocubo de oro yespejo, Strauf dejó un espacio estrecho de cinco nanómetros, 20,000 veces más pequeño que el ancho de una hoja de papel.
"Este pequeño espacio entre el espejo y el nanocubo crea una antena óptica que canaliza todos los fotones en ese espacio de cinco nanómetros, concentrando así toda la energía", dice Strauf. "Esencialmente, proporciona el impulso necesario para que los fotones individuales seanemitido rápidamente desde la ubicación definida y en la dirección deseada "
Para mejorar aún más la eficiencia de las fuentes de luz cuántica, Strauf se asoció con Katayun Barmak y James Hone, de la Universidad de Columbia, quienes desarrollaron una técnica para cultivar cristales semiconductores que están casi libres de defectos. Utilizando estos cristales únicos, Stevens se graduóel estudiante Yue Luo construyó hileras de emisores cuánticos en un chip estirando el material delgado como un átomo sobre los nanocubos. Las nanoantenas se forman uniendo el espejo, en el lado inferior del nanocubo.
El resultado: un disparo récord de 42 millones de fotones individuales por segundo; en otras palabras, cada segundo disparador crea un fotón bajo demanda, en comparación con solo uno de cada 100 disparadores anteriormente.
Aunque pequeños, los emisores son notablemente resistentes. "Son asombrosamente estables", dice Strauf. "Podemos enfriarlos y calentarlos y desmontar el resonador y volver a armarlo, y aún funcionan". La mayoría de los emisores cuánticos deben mantenersese enfrió a -273 ° C, pero la nueva tecnología funciona hasta -70 ° C. "Todavía no estamos a temperatura ambiente", dice Strauf, "pero los experimentos actuales muestran que es factible llegar allí".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología Stevens . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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