Antena nano permite la comunicación y almacenamiento de datos cuánticos avanzados

Los investigadores de la Universidad de Osaka, junto con socios colaboradores, han fabricado una antena nano que puede tener grandes implicaciones para la comunicación a larga distancia ultra-segura.

El estudio reciente se publicó en Applied Physics Express.

El equipo mejoró sustancialmente la conversión de fotón a electrón a través de una nanoestructura metálica, lo que avanzará en el desarrollo de tecnologías para compartir y procesar datos.

Transmitiendo información cuántica a larga distancia

Dado que la información de la computadora clásica se basa en salidas de encendido y apagado simples, es bastante fácil utilizar una tecnología llamada repetidor para amplificar y transmitir información a largas distancias. Sin embargo, la información cuántica es más compleja y se basa en salidas seguras, como la rotación del electrón.

Las cajas de nanosemicconductores, o puntos cuánticos, son materiales que los investigadores han estado examinando para almacenar y transferir información cuántica. Con eso dicho, las tecnologías de repetidores cuánticos están limitadas de varias maneras, incluyendo el enfoque actual para convertir la información basada en fotones a información basada en electrones. Este proceso es muy ineficiente, por lo que el equipo de investigadores se propuso buscar nuevas formas de superar este problema de conversión y transferencia.

La antena nano

Rio Fukai es el autor principal del estudio.

“La eficiencia de convertir fotones individuales en electrones individuales en puntos cuánticos de arseniuro de galio — materiales comunes en la investigación de la comunicación cuántica — es actualmente demasiado baja”, dice Fukai. “En consecuencia, diseñamos una antena nano — que consiste en anillos concéntricos ultra-pequeños de oro — para enfocar la luz en un solo punto cuántico, lo que resulta en una salida de voltaje de nuestro dispositivo.”

Uno de los resultados impresionantes de este estudio es que el equipo pudo mejorar la absorción de fotones en un factor de hasta 9 en comparación con no utilizar la antena nano. La mayoría de los electrones generados por fotones no se atraparon cuando se iluminó un solo punto cuántico. En cambio, se acumularon en impurezas u otras ubicaciones del dispositivo.

Los electrones excesivos dieron una salida de voltaje mínima que se podía distinguir de la generada por los electrones del punto cuántico. Todo esto significa que la salida de lectura del dispositivo no se vio interrumpida.

Akira Oiwa es el autor senior de la investigación.

“Las simulaciones teóricas indican que podemos mejorar la absorción de fotones en un factor de hasta 25”, dice Oiwa. “Mejorar la alineación de la fuente de luz y fabricar la antena nano con mayor precisión son direcciones de investigación en curso en nuestro grupo.”

Esta nueva investigación proporciona nanofotónica bien establecida para avanzar en la comunicación cuántica y las redes de información. Podría conducir a nuevos tipos de tecnologías cuánticas con aplicaciones potenciales en la seguridad de la información y el procesamiento de datos.