El mundo está un paso más cerca de asegurar las comunicaciones cuánticas a escala global

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Una fuente de fotones entrelazados, un punto cuántico basado en indio incrustado en un nanocable semiconductor (izquierda) y una visualización de cómo los fotones entrelazados se pueden extraer eficientemente del nanocable. Crédito: Universidad de Waterloo

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Una fuente de fotones entrelazados, un punto cuántico basado en indio incrustado en un nanocable semiconductor (izquierda) y una visualización de cómo los fotones entrelazados se pueden extraer eficientemente del nanocable. Crédito: Universidad de Waterloo

Investigadores del Instituto de Computación Cuántica (IQC) de la Universidad de Waterloo han combinado dos conceptos de investigación ganadores del Premio Nobel para avanzar en el campo de la comunicación cuántica.

Los científicos ahora pueden producir de manera eficiente pares de fotones entrelazados casi perfectos a partir de fuentes de puntos cuánticos. El artículo, «Estado de campana óptica oscilante a partir de un punto cuántico semiconductor para la distribución de claves cuánticas», ha sido publicado en Física de las comunicaciones

Los fotones entrelazados son partículas de luz que permanecen conectadas, incluso a grandes distancias, y el Premio Nobel de Física 2022 reconoció experimentos sobre este tema. Al combinar el entrelazamiento con puntos cuánticos, una tecnología reconocida por el Premio Nobel de Química 2023, el equipo de investigación del IQC pretende mejorar el proceso de creación de fotones entrelazados, que tienen una amplia gama de aplicaciones, incluidas las comunicaciones seguras.

«La combinación de un alto grado de entrelazamiento y una alta eficiencia es esencial para aplicaciones interesantes como la distribución de claves cuánticas o repetidores cuánticos, que se espera extiendan la distancia de la comunicación cuántica segura a escala global o enlacen remotamente computadoras cuánticas», dijo el Dr. . Michael Reimer es profesor del IQC y del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Waterloo.

«Experimentos anteriores han medido sólo un entrelazamiento casi perfecto o una alta eficiencia, pero somos los primeros en lograr ambas condiciones utilizando un punto cuántico».

Al incorporar puntos cuánticos semiconductores en un nanocable, los investigadores crearon una fuente que produce fotones entrelazados casi perfectos 65 veces más eficientemente que trabajos anteriores.

Esta nueva fuente, desarrollada en colaboración con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá en Ottawa, puede estimularse con láseres para generar pares entrelazados según demanda. Luego, los investigadores utilizaron detectores de fotón único de alta resolución proporcionados por Single Quantum en los Países Bajos para mejorar el grado de entrelazamiento.

«Históricamente, los sistemas de puntos cuánticos han tenido un problema llamado división de estructura fina, que hace que el estado entrelazado fluctúe con el tiempo. Esto significa que las mediciones tomadas usando un sistema de detección lento evitarán la medición del entrelazamiento», dijo Matteo Benacchetti, uno de los Investigadores de puntos cuánticos. Doctor. Estudiante del IQC y Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Waterloo.

«Hemos superado esto combinando nuestros puntos cuánticos con un sistema de detección muy rápido y preciso. Básicamente, podemos tomar una marca de tiempo de cómo se ve el estado entrelazado en cada punto durante las oscilaciones, y ahí es donde tenemos un entrelazamiento perfecto».

Para mostrar futuras aplicaciones de comunicaciones, Reimer y Benacchetti trabajaron con el Dr. Norbert Lutkenhaus y el Dr. Thomas Jennewein, ambos miembros del cuerpo docente y profesores del Departamento de Física y Astronomía de Waterloo, y sus equipos.

Utilizando la nueva fuente de entrelazamiento de puntos cuánticos, los investigadores simularon un método de comunicaciones seguras conocido como distribución de claves cuánticas, lo que demuestra que la fuente de puntos cuánticos es muy prometedora en el futuro de las comunicaciones cuánticas seguras.

más información:
Matteo Benacchetti et al., Estado de campana oscilante óptica de un punto cuántico semiconductor para distribución de clave cuántica, Física de las comunicaciones (2024). doi: 10.1038/s42005-024-01547-3

Información de la revista:
Física de las comunicaciones


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