Más cerca de la comunicación cuántica segura a escala global

Investigadores del Instituto de Computación Cuántica (IQC) de la Universidad de Waterloo han reunido dos conceptos de investigación ganadores del Premio Nobel para avanzar en la comunicación cuántica. Los científicos ahora pueden producir de manera eficiente pares de fotones entrelazados casi perfectos a partir de fuentes de puntos cuánticos. La investigación se publicó en Communications Physics. 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. Combinando el entrelazamiento con puntos cuánticos, una tecnología reconocida con el Premio Nobel de Química en 2023, el equipo de investigación del IQC se propuso optimizar el proceso de creación de fotones entrelazados, que tienen una amplia variedad de aplicaciones, incluidas las comunicaciones seguras. ENTRELAZAMIENTO Y EFICIENCIA "La combinación de un alto grado de entrelazamiento y una alta eficiencia es necesaria para aplicaciones interesantes como la distribución de claves cuánticas o los repetidores cuánticos, que se prevé extenderán la distancia de la comunicación cuántica segura a una escala global o vincularán computadoras cuánticas remotas", dijo en un comunicado el Dr. Michael Reimer, profesor del IQC y del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Waterloo. "Los experimentos anteriores sólo medían el entrelazamiento casi perfecto o la alta eficiencia, pero somos los primeros en lograr ambos requisitos con un punto cuántico". Al incorporar puntos cuánticos semiconductores en un nanocable, los investigadores crearon una fuente que crea 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 excitarse con láseres para generar pares entrelazados cuando se lo ordene. Luego, los investigadores utilizaron detectores de fotón único de alta resolución proporcionados por Single Quantum en los Países Bajos para aumentar el grado de entrelazamiento. "Históricamente, los sistemas de puntos cuánticos estaban plagados de un problema llamado división de estructura fina, que hace que un estado entrelazado oscile con el tiempo. Esto significaba que las mediciones tomadas con un sistema de detección lento evitarían que se midiera el entrelazamiento", dijo Matteo Pennacchietti, estudiante de doctorado en IQC y el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de Waterloo. "Superamos 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 el entrelazamiento perfecto". Para mostrar futuras aplicaciones de comunicaciones, Reimer y Pennacchietti trabajaron con el Dr. Norbert Lütkenhaus y el Dr. Thomas Jennewein, ambos miembros del cuerpo docente del IQC y profesores del Departamento de Física y Astronomía de Waterloo, y sus equipos. Utilizando su 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, informa la Universidad de Waterloo en un comunicado.