Un fotón por ciclo: la cadena de montaje de la luz

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En una fábrica, la cadena de montaje entrega piezas de a una por ciclo. Si el ciclo es corto y el desperdicio es poco, la línea trabaja rápido. En óptica cuántica, esa cadena de montaje es una fuente de fotones individuales: debe emitir exactamente un cuanto de luz en cada ciclo. Físicos de Dinamarca y Alemania armaron una cadena que funciona 515 millones de veces por segundo, y más de la mitad de los fotones llegan al extremo de la fibra óptica.

El corazón de la cadena es un punto cuántico, una isla diminuta de arseniuro de indio dentro de arseniuro de galio. Cuando le llega un pulso láser, absorbe la energía y, tras 220 picosegundos (milmillonésimas de segundo), emite un fotón. Para que el punto no quede ocioso, los pulsos láser se cortan a una frecuencia de hasta un gigahercio, es decir, cada nanosegundo. Para eso, el haz continuo se hace pasar por dos cristales que se abren y se cierran por orden de un microchip.

La eficiencia del sistema, es decir, la proporción de fotones que entran en la fibra óptica, se mantiene por encima de la mitad en las tres frecuencias probadas: 56,2%, 53,8% y 51,5%. La pureza de fotones individuales fue de 3,63% a 11,13%, lo que significa que de cada cien pulsos, solo unos pocos emiten dos fotones a la vez. Lo más inesperado es el método de medición. El flujo de fotones es tan denso que su potencia se puede medir con un medidor de potencia óptica industrial común. A frecuencia de gigahercio, la potencia fue de 110 picovatios. Es nueve millones de veces más débil que el haz de un puntero láser, pero el instrumento lo logra. Antes, para contar fotones se necesitaban detectores superconductores, que deben enfriarse casi hasta el cero absoluto. Ahora basta un dispositivo comercial que tarda unos segundos.

La cadena que entrega un fotón por ciclo ya puede acelerar la transmisión segura de datos por fibra óptica o servir como estándar de luz débil en metrología. El siguiente paso es acortar el tiempo de vida del punto para subir la frecuencia por encima del gigahercio, o dividir el flujo en varios canales. Esta fuente funciona a temperatura ambiente y no requiere detectores caros y enfriados, lo que la convierte en candidata a caballo de batalla de las futuras redes cuánticas.