Un equipo de investigadores provenientes de Italia y Francia ha desarrollado una plataforma fotónica que permite generar estados cuánticos complejos, lo cual posibilita codificar más información en un solo fotón. Esta plataforma combina una fuente de fotones individuales basada en puntos cuánticos con dispositivos que acoplan la polarización y el momento angular orbital (OAM) de los fotones.

Los fotones individuales son ampliamente utilizados como qubits, pero al aprovechar el OAM es posible codificar mayor cantidad de información en ellos. Los fotones en estados cuánticos de alta dimensión tienen el potencial de mejorar los protocolos de seguridad en redes de comunicación y potenciar los ordenadores cuánticos. Sin embargo, ha sido un desafío lograr la creación de una fuente determinística de fotones individuales con OAM.

La nueva plataforma resuelve este problema al emplear una fuente de fotones individuales basada en puntos cuánticos de semiconductores, la cual puede generar fotones individuales indistinguibles de manera casi determinística. El OAM de los fotones se ajusta mediante un dispositivo llamado placa « q », lo que permite combinar la polarización y el OAM. Como resultado, se obtienen estados cuánticos conocidos como vórtices vectoriales, que admiten la entrelazación entre múltiples estados cuánticos dentro de la partícula.

Los investigadores lograron generar fotones individuales puros que están entrelazados en el espacio híbrido OAM-polarización sin necesidad de un proceso de señalización lento. Además, implementaron una compuerta cuántica de dos fotones, creando pares de fotones entrelazados dentro del espacio híbrido.

Esta nueva plataforma representa un avance significativo en los experimentos de multiphotones de alta dimensión y posee aplicaciones potenciales en tecnologías fotónicas cuánticas. La investigación fue realizada por el Laboratorio de Información Cuántica de la Universidad de Roma Sapienza, Italia.

Fuente: Adv. Photon., doi: 10.1117/1.AP.5.4.046008