emisor cuántico

Una línea de montaje en una fábrica escupe piezas de una en una por ciclo. Si el ciclo es corto y hay pocos defectos, la línea va rápida. En óptica cuántica, el papel de esa línea lo desempeña una fuente de fotones individuales: debe emitir exactamente un cuanto de luz por cada ciclo, y cuanto más frecuentes sean los ciclos, más fotones viajan por la fibra óptica.

Una orquesta sin director, donde los músicos se escuchan entre sí a través de una pared común. Así funciona aproximadamente el nuevo tipo de láser: varios átomos (emisores) se colocan a lo largo de una guía de ondas, una delgada pista para la luz en un chip. La luz de cada átomo viaja por esa pista e influye en los vecinos.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta en la que cada músico-cúbit debe tocar en un silencio perfecto. Pero cuando hay muchas orquestas y quieren tocar juntas, necesitan un director de comunicaciones fiable.

Una bombilla que no ilumina con un flujo continuo, sino con gotas sueltas: fotones. Estas fuentes "de gotas" se llaman emisores individuales. Son necesarias para la comunicación cuántica, donde cada fotón lleva un bit de información, y para mediciones ultraprecisas.

Un conjunto de antenas convencional se parece a un coro: muchas voces cantan al unísono y el sonido se amplifica solo en una dirección. Para captar la señal desde otro lado, hay que reorganizar todo el coro. Ahora imagina que una sola voz pudiera cambiar su timbre de modo que el sonido se concentrara por sí solo en la dirección deseada.

Un láser común es un amplificador de luz en el que los átomos, tras recibir energía, emiten de forma coordinada ondas de una misma frecuencia. El máser hace lo mismo, pero con microondas, esa radiación invisible que calienta la comida en el microondas y transmite señales en los teléfonos.

La punta de un microscopio de efecto túnel se acerca tanto a la superficie de un cristal que entre ambos salta una corriente eléctrica. Los electrones de la aguja se inyectan en un semiconductor estratificado y caen en una vacante atómica: un lugar donde falta un átomo en la red.

Cien luciérnagas en un frasco parpadean de forma desordenada, pero en cuanto se sincronizan, los destellos se combinan en un pulso brillante. Algo parecido ocurre con los emisores cuánticos: átomos individuales o partículas artificiales que pueden emitir fotones. Cuando son muchos e interactúan, calcular su comportamiento colectivo no es tarea fácil.

La luz de muchos emisores diminutos —átomos o "puntos cuánticos" artificiales— normalmente se dispersa en todas direcciones, como una multitud donde cada uno grita por su cuenta. Pero si se les hace "cantar en coro", el destello se vuelve muchas veces más brillante.

Una fuente de luz individual en una capa fina de nitruro de boro parpadea y se apaga en un par de nanosegundos. Se pueden crear muchas de estas fuentes en el material, pero cada una funcionaba por su cuenta durante mucho tiempo. En el nuevo trabajo, se logró que brillaran juntas, como músicos tocando al unísono.

Los dispositivos cuánticos suelen mantenerse en criostatos, grandes termos donde la temperatura es más baja que en el espacio exterior. Un ion de erbio atrapado en una diminuta trampa sobre un chip de silicio rompe esta tradición.

Una gota de tinta cae en un vaso de agua y, en lugar de una mancha uniforme, nace un anillo que comienza a girar. Así es más o menos el nacimiento de un skyrmión: la luz emitida por una fuente diminuta se enrolla en un vórtice estable. Hasta ahora, estos vórtices solo se obtenían con láseres grandes.

El láser dispara a una frecuencia de diez millones de veces por segundo, y cada disparo extrae de la película de poliestireno exactamente un fotón. Ni un haz, ni un grupo: una única partícula de luz, cuidadosamente empaquetada en el espacio y el tiempo.