Il potenziale per l'entanglement di fotoni nell'informatica e nelle comunicazioni quantistiche è noto da decenni. Uno dei problemi che impedisce la sua applicazione immediata è il fatto che molte piattaforme di entanglement di fotoni non operano all'interno della gamma utilizzata dalla maggior parte delle forme di telecomunicazione.

Un team internazionale di ricercatori ha iniziato a svelare i misteri dei fotoni entangled, dimostrando una nuova tecnica su nanoscala che utilizza punti quantici di semiconduttori per piegare i fotoni alle lunghezze d'onda utilizzate dai popolari standard della banda C di oggi. Segnalano il loro lavoro questa settimana in Lettere di fisica applicata .

"Abbiamo dimostrato per la prima volta in assoluto l'emissione di fotoni entangled per polarizzazione da un punto quantico a 1550 nanometri, " ha detto Simone Luca Portalupi, uno degli autori del lavoro e uno scienziato senior presso l'Istituto di ottica dei semiconduttori e interfacce funzionali dell'Università di Stoccarda. "Ora siamo sulla lunghezza d'onda che può effettivamente trasportare la comunicazione quantistica su lunghe distanze con la tecnologia di telecomunicazione esistente".

I ricercatori hanno utilizzato punti quantici creati da una piattaforma di arseniuro di indio e arseniuro di gallio, producendo fotoni singoli puri e fotoni entangled. A differenza delle tecniche di conversione parametrica, i punti quantici consentono di emettere fotoni solo uno alla volta e su richiesta, proprietà cruciali per il calcolo quantistico. Un riflettore Bragg distribuito, che è composto da più materiali a strati e riflette su un ampio spettro, quindi diresse i fotoni verso un obiettivo del microscopio, permettendo loro di essere raccolti e misurati.

Ricercatori e leader del settore hanno scoperto che la banda C, una gamma specifica di lunghezze d'onda infrarosse, è diventata un punto debole elettromagnetico nelle telecomunicazioni. I fotoni che viaggiano attraverso entrambe le fibre ottiche e l'atmosfera all'interno di questo intervallo subiscono un assorbimento significativamente inferiore, rendendoli perfetti per la trasmissione di segnali su lunghe distanze.

"La finestra in banda C delle telecomunicazioni ha l'assorbimento minimo assoluto che possiamo ottenere per la trasmissione del segnale, " ha detto Fabian Olbrich, un altro degli autori dell'articolo. "Poiché gli scienziati hanno fatto scoperte, l'industria ha migliorato la tecnologia, che ha permesso agli scienziati di fare più scoperte, e quindi ora abbiamo uno standard che funziona molto bene e ha una bassa dispersione."

La maggior parte dei fotoni entangled originati da punti quantici, però, operare vicino a 900 nanometri, più vicino alle lunghezze d'onda che possiamo vedere ad occhio nudo.

I ricercatori sono rimasti colpiti dalla qualità del segnale, ha detto Olbrich. Altri sforzi per spostare la lunghezza d'onda di emissione dei fotoni entangled di polarizzazione di punti quantici verso la banda C tendevano ad aumentare la scissione della struttura fine degli eccitoni (FSS), una quantità che dovrebbe essere vicina allo zero per la generazione di entanglement. Il team di Olbrich riferisce che il loro esperimento ha registrato meno di un quinto di FSS rispetto ad altri studi in letteratura.

"La possibilità di trovare un punto quantico in grado di emettere fotoni entangled in polarizzazione con alta fedeltà è piuttosto alta per il nostro studio specifico, " ha detto Olbrich.

Ad ogni esperimento riuscito, la comunità delle comunicazioni quantistiche sta vedendo il suo campo piegarsi verso una maggiore applicabilità nell'industria delle telecomunicazioni di oggi. I ricercatori sperano che un giorno, i fotoni entangled avranno un impatto sulla crittografia e sulle comunicazioni satellitari sicure.

"La parte difficile ora è combinare tutti i vantaggi del sistema e soddisfare prerequisiti come l'elevata indistinguibilità dei fotoni, funzionamento ad alta temperatura, aumento del flusso di fotoni e dell'efficienza di accoppiamento che li farebbe funzionare, " ha detto Olbrich.