Nuevos puntos cuánticos para redes cuánticas

Científicos del Instituto de Investigación Científica e Industrial de la Universidad de Osaka (SANKEN), en colaboración con el Consejo Nacional de Investigación de Canadá (NRC), han desarrollado un punto cuántico de arseniuro de galio (GaAs) que puede atrapar electrones individuales. Al controlar la orientación del cristal del sustrato, el equipo de investigación espera mejorar la conversión de fotones en electrones polarizados sigmoidalmente. Este trabajo puede ayudar a que las redes cuánticas sean más prácticas, especialmente para el cifrado seguro de datos.

Cada computadora o tableta que posee se basa en cálculos que utilizan la carga de los electrones. Si bien los dispositivos electrónicos de hoy en día han logrado avances sorprendentes en la velocidad de procesamiento y se han vuelto más pequeños que nunca, existe la posibilidad de que los fabricantes pronto presenten límites fundamentales a lo que se puede hacer con los métodos tradicionales. Una alternativa prometedora es el uso de esencia Momento atractivo de electrones llamado «spin». Debido a que estos giros se pueden colocar en una superposición de arriba y abajo simultáneamente, abren el camino para las computadoras cuánticas que pueden resolver ciertos problemas mucho más rápido que las máquinas actuales. Spin también se puede utilizar como un medio para comunicación cuantitativa Transmitiendo información cuántica con luz. Pero este proceso de transferir información en espines de electrones muy pequeños es un desafío y debe realizarse de manera eficiente.

Ahora, un equipo de investigadores dirigido por la Universidad de Osaka ha realizado el primer circuito de punto controlado por puerta de GaAs del mundo en un guiado por superficie (110) que promete aumentar la eficiencia de la conversión de espín fotón-electrón (consulte la Figura 1). Esto tiene el efecto de codificar la información cuántica de los fotones incidentes en el espín del electrón. «Creemos que nuestro artículo es la primera demostración de un circuito de punto cuántico específico de puerta que también tiene capacidades de detección de carga, utilizando esta orientación particular de un sustrato de GaAs», dice el primer autor Tomohiro Nakagawa.

La conversión de espín fotón-electrón se realiza mediante la excitación de un electrón y un hueco a través de la absorción de fotones. Si bien hay dos tipos de orificios, pesados ​​y livianos, solo se han utilizado orificios livianos en los circuitos de puntos cuánticos de GaAs en superficies orientadas (001). Por la forma en que el agujero interactúa con GaAs red cristalinaEl factor g, que ayuda a determinar el momento magnético debido a la rotación, puede ser efectivamente diferente en diferentes direcciones del codificador. Esta característica permite la conversión eficiente de Información cuantitativa Uso de caja de punzonado pesado, lo que era imposible para pilares convencionales. En el futuro, esto podría ser parte de un protocolo para enviar claves secretas cuánticas irrompibles para proteger datos confidenciales. «Una aplicación de nuestro trabajo puede ser la comunicación criptográfica cuántica completamente segura a largas distancias», dice el autor correspondiente Akira Oiwa.

Este trabajo se ha logrado como parte de un fuerte Cooperación internacional con NRC. «La combinación de experiencia, conocimiento e instalaciones complementarios puede acelerar el trabajo hacia los objetivos comunes de ambos grupos y, en este caso, el desarrollo de redes cuánticas. La colaboración internacional será vital para el avance de las tecnologías de redes cuánticas durante un largo período de tiempo. ”, dice David J. Osting, investigador principal del Consejo de Refugiados Noruegos, «Las próximas décadas».