Un puente entre los fotones semiconductores y la memoria atómica

En un importante avance, los investigadores han logrado interconectar dos prometedoras plataformas de tecnologías cuánticas: los puntos cuánticos semiconductores y las memorias cuánticas atómicas. Dirigida por la Dra. Sarah Thomas, del Imperial College de Londres, la colaboración internacional demostró la capacidad de almacenar eficazmente la luz emitida por un punto cuántico de arseniuro de indio y recuperarla a demanda utilizando una memoria atómica basada en vapor de rubidio.

Los puntos cuánticos son cristales semiconductores a nanoescala con capacidades excepcionales como emisores deterministas de un solo fotón y fuentes de entrelazamiento cuántico. Sin embargo, su integración en redes cuánticas a gran escala requiere una interfaz con sistemas atómicos capaces de mantener y manipular estados cuánticos fotónicos. Las memorias atómicas en vapores calientes ofrecen una gran eficiencia de almacenamiento y un ancho de banda muy similar al de los puntos cuánticos, pero el reto consiste en armonizar los perfiles espectrales y temporales de ambos.

Para superarlo, el equipo diseñó sus puntos cuánticos para que emitieran cerca de 1529 nanómetros, alineados con su memoria de rubidio. Los fotones se filtraron temporalmente mediante un modulador electroóptico y espectralmente con una cavidad Fabry-Pérot para optimizar la semejanza entre los modos de entrada y de memoria. De forma impresionante, lograron una eficiencia total cercana al 13% y una relación señal-ruido superior a 18, limitada únicamente por el ruido del detector.

Otras mejoras podrían aumentar el rendimiento, como minimizar el ensanchamiento inducido por la carga de las líneas de emisión de los puntos cuánticos. Los científicos propusieron enfoques como el bombeo óptico, los desplazamientos Stark dinámicos o el mapeo a niveles hiperfinos eliminando el desfase Doppler para permitir un almacenamiento que supere los tiempos de vida del estado excitado de hasta un segundo.

Este logro histórico tiende un puente entre los fotones semiconductores y las memorias atómicas. La capacidad de enlazar fielmente sistemas cuánticos distintos representa un hito importante que une dos plataformas punteras. El perfeccionamiento continuo de estas interfaces promete acelerar el desarrollo de tecnologías cuánticas prácticas, como nodos de memoria distribuida conectados a redes de fibra de telecomunicaciones a través de puntos cuánticos, lo que en teoría sería la Internet cuántica. 

Referencia(s)

1. Sarah E. Thomas, Lukas Wagner, Raphael Joos, Robert Sittig, Cornelius Nawrath, Paul Burdekin, Ilse Maillette de Buy Wenniger, Mikhael J. Rasiah, Tobias Huber-Loyola, Steven Sagona-Stophel, Sven Höfling, Michael Jetter, Peter Michler, Ian A. Walmsley, Simone L. Portalupi, Patrick M. Ledingham. Deterministic storage and retrieval of telecom light from a quantum dot single-photon source interfaced with an atomic quantum memory. Science Advances, 2024; 10 (15) DOI: 10.1126/sciadv.adi7346

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