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

El Premio Nobel de Física de este año celebró el interés fundamental en el entrelazamiento cuántico y también imaginó posibles aplicaciones en la “segunda revolución cuántica”, una nueva era en la que podemos manipular las rarezas de la mecánica cuántica, incluida la superposición cuántica y el entrelazamiento. Una red cuántica a gran escala y totalmente funcional es el santo grial de la ciencia de la información cuántica. Abre una nueva frontera en la física, ofreciendo 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 útil 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 muy baja pérdida y memoria cuántica, sino también fuentes de luz cuánticas eficientes. Ha habido emocionantes avances recientes en la comunicación cuántica basada en satélites y los repetidores cuánticos, pero la falta de fuentes de fotones individuales adecuadas ha obstaculizado un mayor desarrollo.

¿Qué se requiere de una fuente de fotón único en aplicaciones de redes cuánticas? Primero, debe emitir un (solo uno) fotón a la vez. En segundo lugar, para lograr el brillo, 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 perturbación de fotones independientes, los fotones individuales deberían ser indistinguibles. Los requisitos adicionales incluyen una plataforma escalable, ancho de línea ajustable y de banda estrecha (favorable para la sincronización temporal) e interconectividad con qubits de materia.

Una fuente prometedora es puntos cuánticos (QD), partículas semiconductoras de sólo unos pocos nanómetros. Sin embargo, en las últimas dos décadas, la visibilidad del desorden cuántico 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 Fotónica avanzada, un equipo internacional de investigadores ha logrado una interferencia cuántica muy visible entre dos QD independientes acoplados en fibras ópticas de ~300 km. Informan fuentes de fotones individuales eficientes e indistinguibles con ultra silencioso, sintonizable fotón único conversión de frecuencia y transmisión de fibra larga de baja dispersión.

Los fotones individuales se generan a partir de QD únicos impulsados ​​por resonancia 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 emisión a la banda de comunicación. La visibilidad de la interferencia observada es de hasta el 93%. El autor principal Chao-Yang Lu, profesor de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China (USTC), “con mejoras, el alcance se puede ampliar aún más a ~ 600 kilómetros”.

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