La tecnología cuántica es muy prometedora: dentro de unos años, se espera que las computadoras cuánticas revolucionen las búsquedas de bases de datos, los sistemas de inteligencia artificial y las simulaciones computacionales. Hoy en día, la criptografía cuántica puede garantizar una transferencia de datos absolutamente segura, aunque con limitaciones. Lo mejor posibleLa compatibilidad con nuestra electrónica actual basada en silicio será una ventaja clave. Y ahí es precisamente donde los físicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR y TU Dresden han logrado un progreso notable: el equipo ha diseñado una fuente de luz basada en silicio parageneran fotones individuales que se propagan bien en las fibras de vidrio.
La tecnología cuántica se basa en la capacidad de controlar el comportamiento de las partículas cuánticas con la mayor precisión posible, por ejemplo, bloqueando átomos individuales en trampas magnéticas o enviando partículas de luz individuales, llamadas fotones, a través de fibras de vidrio. Esta última es la basede la criptografía cuántica, un método de comunicación que es, en principio, a prueba de interrupciones: cualquier ladrón de datos que intercepte los fotones inevitablemente destruye sus propiedades cuánticas. Los remitentes y receptores del mensaje lo notarán y pueden detener la transmisión comprometida a tiempo.
Esto requiere fuentes de luz que emitan fotones individuales. Estos sistemas ya existen, especialmente basados en diamantes, pero tienen un defecto: "Estas fuentes de diamantes solo pueden generar fotones en frecuencias que no son adecuadas para la transmisión de fibra óptica", explica el físico de HZDR.Dr. Georgy Astakhov. "Lo cual es una limitación significativa para el uso práctico". Así que Astakhov y su equipo decidieron utilizar un material diferente: el material de base electrónico probado y comprobado, el silicio.
100.000 fotones individuales por segundo
Para hacer que el material generara los fotones infrarrojos necesarios para la comunicación por fibra óptica, los expertos lo sometieron a un tratamiento especial, disparando selectivamente carbono en el silicio con un acelerador en el HZDR Ion Beam Center. Esto creó lo que se llama G-centers enel material: dos átomos de carbono adyacentes acoplados a un átomo de silicio formando una especie de átomo artificial.
Cuando se irradia con luz láser roja, este átomo artificial emite los fotones infrarrojos deseados a una longitud de onda de 1,3 micrómetros, una frecuencia excelentemente adecuada para la transmisión de fibra óptica. "Nuestro prototipo puede producir 100.000 fotones individuales por segundo", informa Astakhov.es estable. Incluso después de varios días de funcionamiento continuo, no hemos observado ningún deterioro. "Sin embargo, el sistema solo funciona en condiciones extremadamente frías: los físicos usan helio líquido para enfriarlo a una temperatura de menos 268 grados Celsius.
"Pudimos demostrar por primera vez que es posible una fuente de fotón único basada en silicio", se complace en informar el colega de Astakhov, el Dr. Yonder Berencén. "Esto básicamente hace posible la integración de tales fuentes con otros componentes ópticosen un chip ". Entre otras cosas, sería interesante acoplar la nueva fuente de luz con un resonador para resolver el problema de que los fotones infrarrojos emergen en gran medida de la fuente al azar. Sin embargo, para su uso en la comunicación cuántica, sería necesariogenerar fotones bajo demanda.
fuente de luz en un chip
Este resonador podría sintonizarse para golpear exactamente la longitud de onda de la fuente de luz, lo que permitiría aumentar el número de fotones generados hasta el punto en que estén disponibles en un momento dado ". Ya se ha demostrado que tales resonadoresse puede construir en silicio ", informa Berencén." El eslabón perdido era una fuente de silicio para fotones individuales. Y eso es exactamente lo que ahora hemos podido crear ".
Pero antes de que puedan considerar aplicaciones prácticas, los investigadores de HZDR todavía tienen que resolver algunos problemas, como una producción más sistemática de las nuevas fuentes de fotón único de telecomunicaciones. "Intentaremos implantar el carbono en el silicio con mayor precisión,"explica Georgy Astakhov." HZDR con su Ion Beam Center proporciona una infraestructura ideal para realizar ideas como esta ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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