Uma equipe internacional liderada pelo Instituto de Ciência dos Materiais (ICMUV) da Universidade de Valência desenvolveu um interruptor óptico (quântico) que modifica as propriedades de emissão dos fótons, as partículas de radiação eletromagnética. O novo dispositivo funciona com tempos de comutação ultrarrápidos e consumo de energia muito baixo e, em comparação com outros designs, ele pode ser implementado em uma variedade de plataformas de semicondutores e é de grande aplicação nas tecnologias quânticas atuais.

A equipe coordenada por Guillermo Muñoz Matutano, recentemente reintegrado ao ICMUV, publicou no jornal Física das Comunicações , do Nature Publishing Group, o design, construção, medição experimental e simulação desta troca de fóton.

O princípio de operação do dispositivo é baseado na tecnologia de confinamento quântico semicondutor nanoestruturado, que são pequenas estruturas de tamanho nanométrico capazes de absorver e emitir luz. As propriedades ópticas desses materiais, chamados pontos quânticos, são semelhantes aos de átomos isolados e sua emissão de luz ocorre fóton a fóton. Eles são muito interessantes para o desenvolvimento de tecnologias quânticas, uma vez que fótons isolados ou pares de fótons podem ser usados ​​para reproduzir condições de sobreposição ou emaranhamento.

Atualmente, um dos desafios científicos e tecnológicos neste campo está direcionado para o desenvolvimento de portas lógicas e circuitos ópticos que possam realizar operações com fótons, e desta forma, trabalhar e modificar as informações sob a descrição quântica. Portanto, ferramentas e materiais que podem afetar a emissão de fótons individualmente são necessários. De todos eles, aqueles que manipulam e controlam os fótons usando a luz são muito interessantes, uma vez que sistemas encadeados podem ser construídos ou podem representar grandes reduções no consumo de energia. Esse é o caso de dispositivos totalmente óticos.

A ideia principal do trabalho surgiu a partir de uma colaboração com o pesquisador Massimo Gurioli, da Universidade de Florença e do European Nonlinear Spectroscopy Laboratory. No âmbito desta colaboração os processos de acumulação e saturação da carga em pontos quânticos de arseneto de índio (InAs) foram estudados de acordo com a potência e a cor do laser de iluminação.

Uma das propriedades pendentes do novo dispositivo é que ao lado da comutação temporária, uma mudança da cor do fóton emitido (seu comprimento de onda) pode ser adicionada se dois lasers diferentes forem usados. Essa qualidade nos permite pensar em dispositivos para multiplexar fótons por comprimento de onda (combinando dois ou mais canais de informação em um meio de transmissão), de modo que cada cor do fóton está associada a um desses canais. Finalmente, o princípio físico pelo qual o dispositivo opera é cumprido por muitas outras nanoestruturas de confinamento quântico, portanto, esse novo design representa um esquema geral que pode ser implementado em uma ampla variedade de plataformas de semicondutores.

A pesquisa realizada por uma rede de universidades inclui a Unidade de Materiais e Dispositivos Optoeletrônicos (UMDO) do ICMUV, liderado por Juan P. Martínez Pastor, Professor do Departamento de Física Aplicada e Eletromagnetismo. Os principais materiais do aparelho foram fabricados pelo grupo de Luca Saravalli, um pesquisador do CNR italiano, enquanto a simulação de seu funcionamento foi realizada em colaboração com Mattias Johnsson e Thomas Volz, da ARC Engineered Quantum Systems (EQUS) da Austrália, onde Guillermo Muñoz trabalhou como pesquisador sênior nos últimos três anos.