O potencial para emaranhamento de fótons na computação quântica e nas comunicações é conhecido há décadas. Um dos problemas que impedem sua aplicação imediata é o fato de que muitas plataformas de emaranhamento de fótons não operam dentro da faixa usada pela maioria das formas de telecomunicação.

Uma equipe internacional de pesquisadores começou a desvendar os mistérios dos fótons emaranhados, demonstrando uma nova técnica em nanoescala que usa pontos quânticos semicondutores para dobrar fótons para os comprimentos de onda usados ​​pelos padrões populares de banda C de hoje. Eles relatam seu trabalho esta semana em Cartas de Física Aplicada .

"Demonstramos pela primeira vez a emissão de fótons emaranhados por polarização a partir de um ponto quântico a 1550 nanômetros, "disse Simone Luca Portalupi, um dos autores do trabalho e um cientista sênior do Instituto de Óptica de Semicondutores e Interfaces Funcionais da Universidade de Stuttgart. "Estamos agora no comprimento de onda que pode realmente transportar comunicação quântica por longas distâncias com a tecnologia de telecomunicações existente."

Os pesquisadores usaram pontos quânticos criados a partir de uma plataforma de arsenieto de índio e arsenieto de gálio, produzindo fótons únicos puros e fótons emaranhados. Ao contrário das técnicas de conversão descendente paramétricas, os pontos quânticos permitem que os fótons sejam emitidos apenas um de cada vez e sob demanda, propriedades cruciais para a computação quântica. Um refletor Bragg distribuído, que é feito de materiais em várias camadas e reflete em um amplo espectro, em seguida, direcionou os fótons para uma objetiva de microscópio, permitindo que eles sejam coletados e medidos.

Pesquisadores e líderes da indústria descobriram que a banda C - uma faixa específica de comprimentos de onda infravermelhos - se tornou um ponto forte eletromagnético nas telecomunicações. Os fótons que viajam através das fibras ópticas e da atmosfera dentro desta faixa experimentam uma absorção significativamente menor, tornando-os perfeitos para a transmissão de sinais por longas distâncias.

"A janela da banda C de telecomunicações tem a absorção mínima absoluta que podemos alcançar para a transmissão do sinal, "disse Fabian Olbrich, outro dos autores do artigo. "Como os cientistas fizeram descobertas, a indústria melhorou a tecnologia, o que permitiu aos cientistas fazer mais descobertas, e agora temos um padrão que funciona muito bem e tem baixa dispersão. "

A maioria dos fótons emaranhados originados de pontos quânticos, Contudo, operam perto de 900 nanômetros, mais perto dos comprimentos de onda, podemos ver a olho nu.

Os pesquisadores ficaram impressionados com a qualidade do sinal, Olbrich disse. Outros esforços para mudar o comprimento de onda de emissão de fótons emaranhados de polarização de pontos quânticos em direção à banda C tenderam a aumentar a divisão de estrutura fina de excitons (FSS), uma quantidade que deve ser próxima de zero para geração de emaranhamento. A equipe de Olbrich relata que seu experimento experimentou menos de um quinto do FSS que outros estudos na literatura.

"A chance de encontrar um ponto quântico que seja capaz de emitir fótons emaranhados por polarização com alta fidelidade é bastante alta para nosso estudo específico, "Olbrich disse.

Com cada experiência bem-sucedida, a comunidade de comunicações quânticas está vendo seu campo se curvar em direção a uma maior aplicabilidade na indústria de telecomunicações de hoje. Os pesquisadores esperam que um dia, fótons emaranhados afetarão a criptografia e as comunicações seguras por satélite.

"A parte difícil agora é combinar todas as vantagens do sistema e cumprir pré-requisitos como alta indistinguibilidade de fótons, operação de alta temperatura, aumento do fluxo de fótons e eficiência de acoplamento que os faria funcionar, "Olbrich disse.