Un equipo de investigación del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Iowa propuso recientemente una nueva solución teórica que se espera "purifique" la salida del flujo de fotones mediante fuentes de luz cuánticas desde la fuente, allanando el camino para una computación y comunicaciones cuánticas de fotones más eficientes y seguras.
En la tecnología cuántica de fotones existente, las fuentes de fotón único son el núcleo de los circuitos cuánticos, pero la obtención de flujos de fotón único estables y puros siempre se ha enfrentado a dos obstáculos técnicos importantes. El primero es la dispersión láser: en los experimentos, los átomos generalmente se irradian con láser para estimularlos a emitir fotones, pero al mismo tiempo se introducen fotones dispersos adicionales, lo que equivale a una "corriente parásita" en el circuito óptico, lo que reduce la eficiencia del sistema. El segundo problema proviene de los eventos esporádicos de emisión de múltiples fotones de los propios átomos. Cuando los átomos liberan múltiples fotones a la vez, el flujo de fotones que debería "pasar en una sola fila" se interrumpe, debilitando la precisión y controlabilidad del circuito cuántico óptico.
El hallazgo clave del estudio es que cuando los átomos ocasionalmente emiten multifotones, la distribución espectral de color y la forma de onda de estos multifotones son muy similares a la propia luz láser que los excita. Es esta similitud la que llevó a los investigadores a darse cuenta de que pueden utilizar activamente la dispersión láser, un componente originalmente considerado como "ruido". Mediante un control preciso, la luz dispersada por láser y la emisión de fotones múltiples pueden interferir entre sí en el espacio y la fase, cancelando así el exceso de fotones innecesarios. El modelo teórico presentado por el equipo de investigación muestra que, en condiciones adecuadas, esta "asistencia de ruido" puede suprimir significativamente los componentes multifotónicos y retener una salida de fotón único más pura.
En la computación cuántica de fotones, la información es transportada por qubits como los fotones. En comparación con los bits electrónicos tradicionales, los fotones tienen ventajas en cuanto a velocidad, pérdida de transmisión y antiinterferencias. Por lo tanto, muchas empresas emergentes los consideran una de las rutas técnicas importantes para la computación y las comunicaciones cuánticas del futuro. La controlabilidad y pureza de las fuentes de fotón único están directamente relacionadas con la escalabilidad y seguridad del sistema: los flujos ordenados de fotón único no solo facilitan la integración de líneas a gran escala, sino que también reducen el riesgo de que la información sea escuchada o manipulada durante la transmisión.
Ravitej Uppu, autor correspondiente del artículo y profesor asistente en el Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Iowa, señaló que al controlar parámetros como el ángulo de incidencia y la forma del haz de los átomos de irradiación láser, el exceso de fotones se puede compensar con precisión en teoría, haciendo que el flujo de fotones restante sea "muy puro". La investigación supera teóricamente los dos obstáculos principales de la dispersión del láser y la emisión de fotones múltiples y se considera un paso importante para acelerar los circuitos cuánticos de fotones y promover una nueva generación de computadoras cuánticas y redes de comunicación seguras. En la siguiente etapa, el equipo planea verificar esta teoría en el laboratorio y proporcionar una ruta de implementación de ingeniería factible para futuros dispositivos cuánticos fotónicos.
Según los informes, la investigación, titulada "Purificación de fuente de fotón único asistida por ruido", se publicó en la revista Optica Quantum y fue financiada por la Oficina del Subsecretario de Defensa para Investigación e Ingeniería y la Oficina del Vicepresidente de Investigación de la Universidad de Iowa. Los investigadores dijeron que si la verificación experimental se realiza sin problemas, se espera que esta idea se aplique a una variedad de plataformas cuánticas de fotones, proporcionando nuevas herramientas técnicas para construir redes cuánticas de alta fidelidad.
Compilado de /ScitechDaily