Científicos de la Universidad de Oregón han creado átomos artificiales que generan fotones individuales. Modelados en un microchip, son capaces de trabajar en condiciones ambientales.

Estos átomos fueron conseguidos al perforar agujeros en una delgada lámina bidimensional de nitruro de boro hexagonal con un haz de iones centrado en galio.

Los átomos artificiales, que funcionan en el aire y a temperatura ambiente, pueden ser un gran paso en los esfuerzos para desarrollar computación cuántica totalmente óptica, dijo el físico Benjamín J. Alemán, investigador principal del estudio, publicado en la revista Nano Letters.

«Nuestro trabajo proporciona una fuente de fotones individuales que podrían actuar como portadores de información cuántica o qubits. Hemos modelado estas fuentes, creando tantas como queramos, donde queramos», dijo Alemán en un comunicado. «Nos gustaría configurar estos emisores de fotones individuales en circuitos o redes en un microchip para que puedan comunicarse entre sí, o con otros qubits existentes, como espines de estado sólido o qubits de circuitos superconductores».

Los átomos artificiales se descubrieron hace tres años en escamas de nitruro de boro hexagonal 2D, una sola capa aislante de átomos alternantes de boro y nitrógeno en una red que también se conoce como grafeno blanco. Alemán se encuentra entre los numerosos investigadores que están utilizando ese descubrimiento para producir y usar fotones como fuentes de fotones individuales y qubits en circuitos fotónicos cuánticos.

Los enfoques tradicionales para usar átomos en la investigación cuántica se han centrado en capturar átomos o iones, y manipular su giro con láseres para que muestren una superposición cuántica, o la capacidad de estar en una combinación simultánea de estados «apagado» y «encendido». Pero tal trabajo ha requerido trabajar en vacío a temperaturas extremadamente frías con equipos sofisticados.

Motivado por la observación de que los átomos artificiales se encuentran con frecuencia cerca de un borde, el equipo de Alemán, creó por primera vez bordes en el grafeno blanco perforando círculos de 500 nanómetros de ancho y cuatro nanómetros de profundidad.

Luego, los dispositivos se recocieron en oxígeno a 850 grados Celsius para eliminar el carbono y otros materiales residuales y activar los emisores. La microscopía confocal reveló pequeños puntos de luz provenientes de las regiones perforadas. Al acercarse, el equipo de Alemán vio que los puntos brillantes individuales emitían luz al nivel más bajo posible, un fotón por vez.

Los fotones individuales posiblemente podrían usarse como termómetros diminutos y ultra sensibles, en la distribución de claves cuánticas, o para transferir, almacenar y procesar información cuántica, dijo Alemán.

«El gran avance es que hemos descubierto una forma simple y escalable de nanofabricar átomos artificiales en un microchip, y que los átomos artificiales funcionan en el aire y a temperatura ambiente», dijo Alemán.

Fuente: EP