Recreación del interferómetro Hanbury Brown & Twiss (HBT) desarrollado en el artículo publicado en la revista Scientific Reports – Nature.

Nuevo dispositivo de emisión de luz cuántica compatible con la tecnología de las comunicaciones por fibra óptica

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Investigadores de la Universitat Politècnica de València, la Universitat de València, la Universidad Miguel Hernández de Elche y el Consejo Nacional de Investigación italiano han desarrollado un nuevo dispositivo experimental que genera emisión de luz cuántica compatible con las comunicaciones por fibra óptica.

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UPV/ El trabajo es resultado de un proyecto de colaboración entre equipos de investigación en ingeniería de telecomunicaciones y nanotecnología, liderados por Juan P. Martínez Pastor (Universitat de València), Salvador Sales Maicas y Guillermo Muñoz Matutano (Universitat Politècnica de València), Carlos Rodríguez Fernández Pousa (Universidad Miguel Hernández de Elche) y Luca Seravalli (Universidad de Parma–Consejo nacional de Investigación italiano).

El desarrollo de este tipo de dispositivos es de especial relevancia para la implementación de nuevas propuestas de tecnologías cuánticas de la información

El equipo ha conseguido diseñar y fabricar dispositivos integrados en fibra que permiten filtrar la luz emitida por puntos cuánticos (QDs), con una eficiencia más de 10 veces mayor que la típica. Este aumento en la eficiencia de filtrado ha permitido trabajar con detectores de infrarrojo cercano más simples y de menor coste.

El dispositivo de filtrado de luz por la propia fibra óptica se ha diseñado y fabricado en la Universitat Politècnica de València por el doctor David Barrera, investigador del grupo de Salvador Sales perteneciente al ITEAM.

Este tipo de filtros en fibra óptica se usa en muchos campos de la ingeniería e investigación de tecnología fotónica aplicados a la monitorización de procesos y estructuras industriales. Sin embargo, en el trabajo publicado, el dispositivo de fibra se ha incluido en un experimento de física fundamental, con el objetivo de mejorar las condiciones de detección de fotones.

La selección de los fotones a través de fibra óptica abre la puerta a dispositivos futuros más compactos y versátiles, donde el propio agente transmisor de la luz (la fibra óptica) pueda ser el elemento principal en el momento de manipular la información entre fotones. El desarrollo de este tipo de dispositivos es de especial relevancia para la implementación de nuevas propuestas de tecnologías cuánticas de la información.

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Puntos cuánticos

Los puntos cuánticos informalmente se etiquetan como “átomos artificiales”. El pequeño tamaño de estas nanoestructuras (del orden de los nanómetros = 10-9 m), afecta directamente a sus propiedades electrónicas y ópticas, haciéndolas muy semejantes a las de los propios átomos. Sin embargo, los QDs incorporan todas las ventajas de la tecnología de semiconductores, pudiendo ser incorporados como base para multitud de dispositivos optoelectrónicos, como LEDs y láseres de bajo consumo. Cuando los QDs se estudian de forma aislada, analizando la emisión óptica de uno solo de ellos, la mayoría de las aplicaciones se focalizan en el desarrollo de comunicaciones cuánticas.

Podrían ser incorporados como base para multitud de dispositivos optoelectrónicos, como LEDs y láseres de bajo consumo 

El trabajo publicado por la revista de la prestigiosa editorial Nature Publishing Group (NPG), destaca que una de las claves para el desarrollo de estas tecnologías cuánticas es acercar la investigación básica a los requisitos tecnológicos e industriales. Como explican en su artículo los autores, para que esta tecnología basada en la emisión de luz cuántica por QDs sea compatible con las actuales demandas tecnológicas, es de vital importancia hacer que su emisión óptica abarque las zonas de interés en las telecomunicaciones por fibra óptica (las dos ventanas infrarrojas centradas en 1300 & 1550 nanómetros).

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Tecnologías más baratas y más eficientes

Carlos Rodríguez Fernández-Pousa, profesor de la Universidad Miguel Hernández de Elche, impulsor del experimento, ha destacado: “el avance es consecuencia de la interrelación de dos tecnologías distintas, la de dispositivos ópticos basados en puntos cuánticos de semiconductor, y la de dispositivos de fibra óptica para el filtrado de señales. Es precisamente este éxito en la conexión de estas dos tecnologías distintas la que permite vislumbrar desarrollos adicionales en este campo”.

“La consecución de esta alternativa tecnológica ha presentado un desafío transversal a áreas de trabajo, como la física de semiconductores, la nanotecnología, la fotónica y la óptica cuántica”, apunta Guillermo Muñoz, doctor por la Universitat de València, investigador Juan de la Cierva en el Grupo de Comunicaciones Ópticas y Cuánticas de la UPV y colaborador en el Instituto de Ciencias de los Materiales de la UV.

Muñoz añade que la actual investigación “presenta muchos desafíos por resolver antes de poder enmarcarla como una tecnología comercializable, como hacer que pueda operar a temperatura ambiente, pero se presenta como un avance muy significativo para desarrollar tecnologías más baratas, más eficientes y más compactas en el campo del control y el manejo de fotones para las telecomunicaciones y la información cuántica”.

“Estos avances y nuestras capacidades experimentales nos permitirán posicionarnos en un buen lugar dentro del marco del recientemente anunciado Flagship of Quantum Technologies, proyecto que se dotará con 1.000 millones de euros de presupuesto, y donde las Comunicaciones Cuánticas son un eje prioritario, y que el Ministerio de Economía y Competitividad pretende apoyar decisivamente”, concluye Juan Martínez Pastor, de la UV.

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Referencia bibliográfica:
Muñoz-Matutano, G. et al. All-optical fiber Hanbury Brown & Twiss interferometer to study 1300 nm single photon emission of a metamorphic InAs Quantum Dot. Sci. Rep. 6, 27214; doi: 10.1038/srep27214 (2016)

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