Emitir fotones de uno en uno y a temperatura ambiente

Unos investigadores han desarrollado una nueva fuente de fotones individuales de gran pureza que puede funcionar a temperatura ambiente y es portátil. Esta fuente es un paso importante hacia las aplicaciones prácticas de la tecnología cuántica, como la comunicación de máxima seguridad basada en la distribución de claves cuánticas.

El logro es obra del equipo de Helen Zeng, de la Universidad Tecnológica de Sídney en Australia.

Esta fuente de fotones individuales podría impulsar el desarrollo de sistemas prácticos de distribución de claves cuánticas y puede integrarse fácilmente en el equipamiento usado para diversas aplicaciones fotónicas cuánticas. De hecho, Zeng y sus colegas ya han incorporado la fuente de fotones individuales a un dispositivo totalmente portátil capaz de realizar la distribución de claves cuánticas.

La nueva fuente de fotones individuales combina de forma única un material 2D (en láminas con un grosor del orden de una molécula) llamado nitruro de boro hexagonal con una lente de inmersión sólida semiesférica, un componente óptico que multiplica por seis la eficacia de la fuente.

La distribución de claves cuánticas ofrece un cifrado impenetrable para la comunicación de datos utilizando las propiedades cuánticas de la luz a fin de generar claves aleatorias seguras para cifrar y descifrar datos. Los sistemas de distribución de claves cuánticas requieren fuentes robustas y brillantes que emitan luz como una cadena de fotones individuales. Sin embargo, la mayoría de las fuentes de fotones individuales actuales no funcionan bien a menos que se operen a temperaturas ultrafrías, más bajas que cualquiera de las existentes de manera natural en la Tierra, lo que limita su utilidad práctica.

Helen Zeng con instrumental empleado en las pruebas. (Foto: Helen Zeng, University of Technology Sydney)

Aunque el nitruro de boro hexagonal ya se ha utilizado anteriormente para crear fuentes de fotones individuales que funcionan a temperatura ambiente, hasta ahora no se había conseguido la eficacia necesaria para darles una utilidad práctica real.

Zeng y sus colegas se propusieron encontrar una solución mejor que las existentes utilizando una lente de inmersión sólida para enfocar los fotones procedentes del emisor de fotones individuales. Eso permite detectar más fotones. Estas lentes son fáciles de fabricar también de encontrar en el mercado.

El equipo de Zeng expone los detalles técnicos de su avance en la revista académica Optics Letters, bajo el título “Integrated room temperature single photon source for quantum key distribution”. (Fuente: NCYT de Amazings)