Después de la "primera revolución cuántica", el desarrollo de dispositivos como los láseres y el reloj atómico, la "segunda revolución cuántica" está actualmente en pleno apogeo. Expertos de todo el mundo están desarrollando fundamentalmente nuevas tecnologías basadas en la tecnología cuántica.física. Una aplicación clave es la comunicación cuántica, donde la información se escribe y se envía a la luz. Para muchas aplicaciones que utilizan efectos cuánticos, la luz debe estar en un estado determinado, es decir, un estado de fotón único. Pero, ¿cuál es la mejor manerade generar tales estados de fotones individuales? PRX Quantum revista, investigadores de Münster, Bayreuth y Berlín Alemania ahora han propuesto una forma completamente nueva de preparar sistemas cuánticos para desarrollar componentes para tecnología cuántica.
En opinión de los expertos, es muy prometedor utilizar sistemas cuánticos para generar estados de un solo fotón. Un ejemplo bien conocido de un sistema cuántico de este tipo es un punto cuántico. Se trata de una estructura semiconductora, de solo unos pocos nanómetros de tamaño. QuantumLos puntos se pueden controlar mediante pulsos de láser. Aunque los puntos cuánticos tienen propiedades similares a las de los átomos, están incrustados en una matriz de cristal, que a menudo es más práctica para las aplicaciones. "Los puntos cuánticos son excelentes para generar fotones individuales, y eso es algo queya estamos haciendo en nuestros laboratorios casi todos los días ", dice el Dr. Tobias Heindel, que dirige un laboratorio experimental para la comunicación cuántica en la Universidad Técnica de Berlín." Pero todavía hay mucho margen de mejora, especialmente en la transferencia de esta tecnología desde el laboratorio.a aplicaciones reales ", añade.
Una dificultad que debe superarse es separar los fotones individuales generados del excitante pulso láser. En su trabajo, los investigadores proponen un método completamente nuevo para resolver este problema.", explica Thomas Bracht, de la Universidad de Münster, autor principal del estudio." Para ello, utilizamos uno o más pulsos de láser que tienen frecuencias que difieren mucho de las del sistema. Esto hace que el filtrado espectral sea muy fácil ".
Los científicos definen el "proceso de oscilación" como un comportamiento particular de las partículas excitadas por la luz láser en el sistema cuántico: los electrones o, para ser más precisos, pares de electrones y huecos excitones. Aquí, la luz láserde dos láseres que emiten pulsos de luz casi simultáneamente. Como resultado de la interacción de los pulsos entre sí, se produce una modulación rápida, y en cada ciclo de modulación, la partícula siempre se excita un poco, pero luego se inclina hacia el sueloEn este proceso, sin embargo, no vuelve a su nivel anterior, sino que se excita con más fuerza con cada oscilación hasta que alcanza el estado máximo. La ventaja de este método es que la luz láser no tiene la mismafrecuencia como la luz emitida por las partículas excitadas. Esto significa que los fotones generados a partir del punto cuántico se pueden asignar claramente.
El equipo simuló este proceso en el sistema cuántico, proporcionando así las pautas para la implementación experimental. "También explicamos la física del proceso de swing-up, lo que nos ayuda a obtener una mejor comprensión de la dinámica en el sistema cuántico", diceprofesora asociada Dra. Doris Reiter, quien dirigió el estudio.
Para poder usar los fotones en la comunicación cuántica, deben poseer ciertas propiedades. Además, cualquier preparación del sistema cuántico no debe verse influenciada negativamente por procesos ambientales o influencias disruptivas. En los puntos cuánticos, especialmente la interaccióncon el material semiconductor circundante es a menudo un gran problema para tales esquemas de preparación ". Nuestras simulaciones numéricas muestran que las propiedades de los fotones generados después del proceso de oscilación son comparables con los resultados de los métodos establecidos para generar fotones individuales, que son menos prácticos", añade el profesor Martin Axt, que dirige el equipo de investigadores de Bayreuth.
El estudio constituye un trabajo teórico. Sin embargo, fruto de la colaboración entre grupos teóricos y experimentales, la propuesta se acerca mucho a las condiciones realistas de laboratorio experimental, y los autores confían en que pronto será posible una implementación experimental del esquema.Con sus resultados, los investigadores están dando un paso más hacia el desarrollo de las tecnologías cuánticas del mañana.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Münster . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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