Bloque de construcción para redes óptico-cuánticas

Dispositivo cuántico con resonador óptico (objeto circular) y guía de onda con acopladores de rejillas utilizados para acoplar la luz de entrada y salida. (Crédito: Andrei Faraon et al./New Journal of Physics)

Un nuevo método para crear redes óptico-cuánticas ha sido desarrollado por un equipo conjunto de investigación de Cal Tech, HP y la Universidad de Washington.

En una red óptico-cuántica, la información es conducida por fotones, lo cual podría permitir a las computadoras cuánticas ser millones de veces más veloces que las computadoras actuales.

El nuevo dispositivo, que combina un sólo centro-nitrógeno vacante en diamante con un resonador óptico y una guía de onda óptica, podría convertirse en la memoria o el elemento de procesamiento de tal tipo de red.

Un centro-nitrógeno vacante es un defecto en el entramado de la estructura del diamante -uno de los átomos de carbono es reemplazado por un átomo de nitrógeno y carece del átomo de carbono más cercano. El centro-nitrógeno vacante tiene la propiedad de fotoluminiscencia (una substancia que absorbe fotones de una fuente y luego los emite nuevamente).

Los fotones nuevamente emitidos son especiales ya que están correlacionados, o entrelazados, con el centro-nitrógeno vacante del que proviene, y que resulta crucial para experimentos futuros que examinarán detenidamente esta correlación. No es posible obtener fotones entrelazados de una fuente normal de luz.

La guía de ondas envía fotones en la dirección deseada a través de rejillas en alguna de las terminaciones.

“El santo grial de la cuántica fotónica es el desarrollo de redes donde los emisores ópticos cuánticos estén interconectados vía fotones”, dijo Andrei Faraon, quien encabeza esta investigación.

“Si funciona, habremos dado el primer paso en la demostración que los fotones –que transportan la información– desde un centro-nitrógeno vacante pueden ser acoplados a un resonador óptico y luego acoplado a su vez a una guía de ondas fotónicas. Esperamos que dispositivos múltiples de este tipo se puedan interconectar en una red fotónica dentro de un chip”.

El estudio, realizado por el Instituto de Tecnología de California, Laboratorios Hewlett Packard y la Universidad de Washington, probó el dispositivo  con enfriamiento bajo 10 Kelvin y dirigiendo un rayo láser verde sobre el centro-nitrógeno vacante para provocar fotoluminiscencia.

El dispositivo completo fue grabado en una membrana de diamante de casi 300 nanómetros de grosor.

“La idea de estos dispositivos es que puedan producirse en masivamente. Hasta el momento, el procedimiento para fabricación en serie está aún en prueba de concepto, por lo que hay aún mucho trabajo por hacer para que sea confiable”, dijo Faraon.

Más información aquí.