Interactuamos con bits y bytes todos los días, ya sea enviando un mensaje de texto o recibiendo un correo electrónico.

También hay bits cuánticos, o qubits, que tienen diferencias críticas con los bits y bytes comunes. Estos fotones, partículas de luz, pueden transportar información cuántica y ofrecer capacidades excepcionales que no se pueden lograr de otra manera. A diferencia de la computación binaria, donde los bits solo pueden representar un 0 o un 1, el comportamiento de los qubits existe en el ámbito de la mecánica cuántica. A través de la « superposición », un qubit puede representar un 0, un 1 o cualquier proporción intermedia. Esto aumenta enormemente la velocidad de procesamiento de una computadora cuántica en comparación con las computadoras actuales.

« Aprender sobre las capacidades de los qubits ha sido una fuerza impulsora para el campo emergente de las tecnologías cuánticas, abriendo nuevas e inexploradas aplicaciones como la comunicación cuántica, la computación y la detección », dijo Hong Koo Kim, profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la Universidad de Escuela de Ingeniería de Pittsburgh Swanson.

Las tecnologías cuánticas son importantes para varios campos, como para los bancos que protegen la información financiera o brindan a los investigadores la velocidad necesaria para imitar todos los aspectos de la química. Y a través del « entrelazamiento » cuántico, los qubits podrían « comunicarse » a través de grandes distancias como un solo sistema. Kim y su estudiante de posgrado, Yu Shi, hicieron un descubrimiento que puede ayudar a que la tecnología cuántica dé un salto cuántico.

Comienza con un solo fotón.

Las tecnologías cuánticas basadas en fotones se basan en fuentes de fotones individuales que pueden emitir fotones individuales.

Estos fotones individuales pueden generarse a partir de semiconductores a escala nanométrica, más comúnmente conocidos como puntos cuánticos. De manera similar a cómo las antenas de microondas transmiten señales de teléfonos móviles, un punto cuántico actúa como una antena que irradia luz.

« Al realizar un análisis riguroso, descubrimos que un emisor de puntos cuánticos, o una antena dipolo a escala nanométrica, atrapa una gran cantidad de energía », explicó Kim. « La operación del régimen exterior de un emisor dipolo se entiende bien, pero esta es realmente la primera vez que se estudia un dipolo en el interior ».

Los fotones de esos puntos cuánticos salen con la mano, como nosotros, una persona diestra o zurda, y la información cuántica es transportada por esta mano de los fotones individuales. Como tal, clasificarlos en diferentes caminos es una tarea importante para el procesamiento de información cuántica. El equipo de Kim ha desarrollado una nueva forma de separar fotones de diferentes manos y recolectarlos de manera eficiente para su posterior procesamiento en el futuro.

« Se espera que los hallazgos de este trabajo contribuyan al desarrollo de fuentes de fotones individuales de alta velocidad, un componente crítico necesario en la fotónica cuántica », dijo Kim.