Controlando el comportamiento de puntos cuánticos

Publicado el 20 Ago, 2008 por Eugenio Rodríguez en Electrónica

Los ingenieros del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) y el Joint Quantum Institute (JQI) en Estados Unidos, han descubierto una nueva forma de afinar la luz proveniente de puntos cuánticos para manipularlos con pares de rayos láser. Su técnica podría mejorar significativamente los puntos cuánticos como una fuente de pares de fotones “enredados”, una propiedad con importantes aplicaciones en las tecnologías de la información cuántica. El logro podría acelerar el desarrollo de potentes y avanzadas aplicaciones de criptografía, una proyección clave para la tecnología de nuestro siglo.

Los fotones enredados son una peculiar consecuencia de la mecánica cuántica. La dificultad genera, estando interconectados, incluso cuando están separados por grandes distancias, la mera observación de una afecta instantáneamente a las propiedades de las demás. El enredo se puede utilizar en la comunicación cuántica para pasar una clave de cifrado que es por su naturaleza totalmente segura, ya que cualquier intento de interceptar o escuchar la clave sería inmediatamente detectado. Uno de los objetivos del equipo del NIST-JQI es desarrollar los puntos cuánticos como una fuente de fotones entrelazados.

Los puntos cuánticos son unas regiones en nanoescala de un material semiconductor similar al material empleado en procesadores de ordenador, pero con propiedades especiales debido a sus diminutas dimensiones. A pesar de que puede estar compuesta de decenas de miles de átomos, los puntos cuánticos en muchos aspectos se comportan casi como si fueran átomos individuales. Lamentablemente, casi no es suficiente cuando se trata del frágil mundo de la criptografía cuántica y la próxima generación de tecnologías de la información. Cuando son energizados, los puntos cuánticos emiten fotones, o “partículas” de luz, al igual que un átomo solitario hace. Sin embargo, las imperfecciones en forma de puntos cuánticos causa lo que viene a ser la superposición separadas de niveles de energía.

Para superar este problema, los ingenieros del NIST-JQI utilizaron rayos láser para controlar con precisión los niveles de energía en los putos cuánticos, al igual que los físicos hicieron en la realidad con los átomos únicos desde mediados del decenio de 1970 y, mucho más recientemente, con la variedad de puntos cuánticos artificiales. Con su personalización en la configuración, que incluye dos rayos láser y un sistema luminoso en la parte superior de los puntos cuánticos, esclarece el fundamento en como investigadores fueron capaces de manipular la energía de los estados cuánticos en un punto y medir directamente sus emisiones. Al ajustar la intensidad de los rayos láser, fueron capaces de corregir las imperfecciones causadas por las variaciones y generaron señales más ideales.

De esta manera, el equipo de ingenieros fue el primero en demostrar que el láser sintonizado en puntos cuánticos puede generar de manera eficiente los fotones, tal como lo exige la criptografía cuántica y otras aplicaciones. Si bien el dispositivo actualmente requiere trabajar a muy bajas temperaturas utilizando para ello un baño de helio líquido, es lo suficientemente compacto para caber en la palma de una mano.

Más información: National Institute of Standards and Tecnology