Interferencia cuántica de alta visibilidad entre dos puntos cuánticos semiconductores independientes obtenidos

El Premio Nobel de Física de este año celebró el interés fundamental del entrelazamiento cuántico y también consideró las posibles aplicaciones en “la segunda revolución cuántica”, una nueva era en la que podemos manipular la rareza de la mecánica cuántica, incluida la superposición cuántica y el entrelazamiento. Una red cuántica completamente funcional a gran escala es el santo grial de la ciencia de la información cuántica. Abrirá una nueva frontera de la física, con nuevas posibilidades para la computación cuántica, la comunicación y la metrología.

Uno de los mayores desafíos es extender la distancia de comunicación cuántica a una escala útil en la práctica. A diferencia de las señales clásicas que pueden amplificarse sin ruido, los estados cuánticos superpuestos no pueden amplificarse porque no pueden clonarse perfectamente. Por lo tanto, una red cuántica de alto rendimiento requiere no solo canales cuánticos de pérdida ultrabaja y memoria cuántica, sino también fuentes de luz cuántica de alto rendimiento. Recientemente ha habido avances interesantes en las comunicaciones satelitales cuánticas y los repetidores cuánticos, pero la falta de fuentes de fotones individuales adecuadas ha obstaculizado los avances.

¿Qué se requiere de una fuente de fotones individuales para aplicaciones de redes cuánticas? Primero, debe emitir un (solo uno) fotón a la vez. En segundo lugar, para lograr la luminosidad, las fuentes de un solo fotón deben tener una alta eficiencia del sistema y una alta tasa de repetición. En tercer lugar, para aplicaciones como la teletransportación cuántica que requieren la interferencia con fotones independientes, los fotones individuales deben ser indistinguibles. Los requisitos adicionales incluyen una plataforma escalable, ancho de línea ajustable y de banda estrecha (propicio para la sincronización de tiempo) e interconectividad con qubits de materia.

Una fuente prometedora es puntos cuánticos (QD), partículas semiconductoras de sólo unos pocos nanómetros de tamaño. Sin embargo, durante las últimas dos décadas, la visibilidad de la interferencia cuántica entre QD independientes rara vez ha superado el límite clásico del 50 %, y las distancias se han limitado a unos pocos metros o kilómetros.

Como se informó en Fotónica avanzada, un equipo internacional de investigadores ha logrado una interferencia cuántica de alta visibilidad entre dos QD independientes conectados por fibras ópticas de unos 300 km. Señalan fuentes de fotones individuales eficientes e indistinguibles con ruido ultrabajo, sintonizables fotón único conversión de frecuencia y transmisión de fibra larga de baja dispersión.

Los fotones individuales se generan a partir de QD impulsados ​​por resonancia única acoplados de forma determinista a microcavidades. Las conversiones de frecuencia cuántica se utilizan para eliminar la falta de homogeneidad de QD y cambiar la longitud de onda de transmisión a la banda de telecomunicaciones. La visibilidad de la interferencia observada es de hasta el 93%. Según el autor principal Chao-Yang Lu, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), “las mejoras factibles pueden extender aún más la distancia a unos 600 km”.

Lu señala: “Nuestro trabajo supera a los experimentos cuánticos basados ​​en QD anteriores a una escala de alrededor de 1 km a 300 km, dos órdenes de magnitud más grandes, y por lo tanto abre una perspectiva emocionante de redes cuánticas de estado sólido”. Con este salto señalado, el amanecer de las redes cuánticas de estado sólido pronto podría comenzar a amanecer.