Cambiando la tonalidad de fotones de uno en uno

Convertir un único fotón de un color (longitud de onda o frecuencia), en otro de distinto color es una operación esencial en la comunicación cuántica, que aprovecha las sutiles correlaciones entre las propiedades subatómicas de los fotones (partículas de luz) para almacenar y transmitir de forma segura información.

Pero no es fácil manipular de ese modo los fotones a tan pequeña escala.

Ahora, unos científicos han desarrollado una versión miniaturizada de un conversor de frecuencias, usando tecnología parecida a la que se emplea para fabricar chips de computador.

El diminuto dispositivo, que promete ayudar a mejorar la seguridad y a incrementar la distancia sobre la que opere la próxima generación de sistemas de comunicación cuánticos, puede ser adaptado para una gran variedad de usos, permite una sencilla integración con otros elementos procesadores de información y puede ser producido a gran escala.

El nuevo conversor nanométrico de frecuencias ópticas, obra del equipo de Qing Li, Marcelo Davanço y Kartik Srinivasan, del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Estados Unidos, cambia de manera eficiente la frecuencia en los fotones, consumiendo en el proceso solo una pequeña cantidad de energía y añadiendo un nivel de “ruido” muy bajo, o sea, luz de fondo no asociada con la señal entrante.

Los conversores de frecuencia son esenciales para abordar dos problemas.

Las frecuencias a las que los sistemas cuánticos generan y almacenan información de manera óptima son habitualmente mucho mayores que aquellas requeridas para transmitir esa información a lo largo de distancias kilométricas a través de fibras ópticas.

La conversión de fotones entre esas frecuencias precisa de un cambio de cientos de terahercios (un terahercio corresponde a un billón de ciclos de onda por segundo).

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Estas variaciones causan que los sistemas generen fotones que difieren ligeramente en frecuencia, en vez de ser réplicas exactas como se requiere.

El nuevo conversor de frecuencia de fotones, un ejemplo de ingeniería nanofotónica, aborda ambos problemas.

El componente clave del dispositivo integrado en un chip es un diminuto resonador en forma de anillo, de unos 80 micrómetros de diámetro (ligeramente menos que el de un cabello humano) y unas pocas décimas de micrómetro de grosor.

La forma y dimensiones del anillo, que está hecho de nitruro de silicio, están elegidas para acrecentar las propiedades inherentes del material a la hora de convertir luz de una frecuencia a otra.

El resonador de anillo está alimentado por dos láseres de bombeo óptico, cada uno operando a una frecuencia separada.

Un fotón que entre en el anillo es desplazado en frecuencia en una cantidad igual a la diferencia entre las frecuencias de los dos láseres.

Fuente: Noticias de la Ciencia