Se ha logrado 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 predijo posibles aplicaciones de 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 las ciencias de la información cuánticas. Abrirá una nueva frontera en 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 comunicación cuántica a una escala útil en la práctica. A diferencia de las señales clásicas, que pueden amplificarse sin ruido, los estados cuánticos de 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. Recientemente se ha logrado un progreso notable en la comunicación cuántica basada en satélites y los repetidores cuánticos, pero la falta de fuentes de fotones individuales adecuadas ha obstaculizado un mayor progreso.

¿Qué se requiere de una fuente de fotón único para 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 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 (favorable para la sincronización de tiempo) e interconectividad con qubits materiales.

es una fuente prometedora puntos cuánticos (QDs), partículas semiconductoras de sólo unos pocos nanómetros. Sin embargo, en las últimas dos décadas, la visibilidad de la interferencia cuántica entre QD independientes rara vez superó el límite clásico del 50 %, y las distancias se limitaron a unos pocos metros o kilómetros.

Como se informó Fotónica avanzadaUn equipo internacional de investigadores ha logrado una interferencia cuántica de alta visibilidad entre dos QD independientes unidos por ~300 km de fibra óptica. Informan fuentes de fotones individuales eficientes e indistinguibles con ruido ultrabajo, sintonizable fotón único conversión de frecuencia y transmisión de fibra óptica larga de baja dispersión.

Los fotones individuales se generan mediante la conducción resonante de los QD individuales acoplados de manera determinista a las microcavidades. Las conversiones de frecuencia cuántica se utilizan para eliminar la falta de homogeneidad del QD y cambiar la longitud de onda de emisión a la banda prohibida. 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 podrían ampliar aún más el alcance a 600 km».

Lu dice: «Nuestro trabajo superó los experimentos cuánticos basados ​​en QD anteriores en escalas 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.