Se obtuvo una interferencia cuántica de alta visibilidad entre dos puntos cuánticos de semiconductores independientes

El Premio Nobel de Física de este año celebró el interés fundamental en el entrelazamiento cuántico y también previó 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 y a gran escala es el santo grial de las ciencias de la información cuánticas. Abrirá una nueva frontera de la física, con nuevas posibilidades para la computación cuántica, la comunicación y la metrología.

Uno de los desafíos más importantes es extender la distancia de la comunicación cuántica a una escala utilizable en la práctica. A diferencia de las señales clásicas que pueden amplificarse silenciosamente, los estados cuánticos en superposición 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. Ha habido un progreso reciente emocionante en las comunicaciones cuánticas basadas en satélites y los repetidores cuánticos, pero la falta de fuentes adecuadas de fotones individuales ha obstaculizado los avances.

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

Una fuente prometedora es puntos cuánticos (QD), partículas semiconductoras de unos pocos nanómetros. Sin embargo, durante las últimas dos décadas, la visibilidad de la interferencia cuántica entre QD independientes rara vez ha excedido el umbral 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 logró una interferencia cuántica de alta visibilidad entre dos QD independientes conectados a aproximadamente 300 km de fibras ópticas. Informan 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 individuales activados por resonancia acoplados de forma determinista a microcavidades. Las conversiones de frecuencia cuántica se utilizan para eliminar la heterogeneidad QD y cambiar la longitud de onda de emisión 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 ~600 km».

Lu señala: «Nuestro trabajo ha superado los experimentos cuánticos basados ​​en QD a una escala 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 informado, la aparición de redes cuánticas de estado sólido podría comenzar pronto.