En óptica cuántica los científicos suelen crear fotones entrelazados mediante la llamada conversión descendente paramétrica espontánea. En este proceso los fotones individuales se convierten en pares de fotones entrelazados cuando se proyecta luz sobre un cristal diseñado específicamente para ello. Ahora, Guillaume Thekkadath, del Consejo Nacional de Investigación de Canadá, y sus colegas han identificado un retraso entre los tiempos de detección de cada fotón entrelazado que depende de la intensidad de la luz que incide sobre el cristal. Este hallazgo podría afectar al diseño de ordenadores y sensores cuánticos porque estas tecnologías a menudo requieren fotones sincronizados con precisión.
Los investigadores descubrieron que podía existir una diferencia temporal en la detección de forma teórica primero. Analizaron la conversión descendente paramétrica espontánea utilizando la teoría de perturbaciones más allá del primer orden, que es el que se considera habitualmente. A continuación, desarrollaron un modelo numérico del proceso de generación de fotones que han puesto a disposición pública para otros científicos. Para comprobar experimentalmente el modelo teórico construyeron un sistema en el que los tiempos de detección se pueden medir con precisión empleando interferometría.
El equipo descubrió que, en el caso de una luz de entrada de baja intensidad, el fotón inicial recorre la mitad del cristal, en promedio, antes de convertirse en un par entrelazado. Debido a sus diferentes longitudes de onda y polarizaciones, cada fotón de este par se propaga a diferentes velocidades por el resto del cristal, lo que genera una diferencia relativamente grande entre sus tiempos de detección.
En comparación, en el caso de una luz de entrada de alta intensidad, el fotón inicial suele penetrar hasta cerca del extremo del cristal. Los fotones de cada par tienen que recorrer una distancia menor a través del cristal, lo que da como resultado un retraso más corto.
Los investigadores dicen que, aunque este retraso se puede compensar en configuraciones ópticas a gran escala, plantea complicaciones para la fabricación de sistemas en chip, esto es, integrar todos o gran parte de los módulos que componen un ordenador o cualquier otro sistema informático o electrónico en un único circuito integrado.
Referencias:
Guillaume Thekkadath, Martin Houde, Duncan England, Philip Bustard, Frédéric Bouchard, Nicolás Quesada, & Ben Sussman (2024) Gain-Induced Group Delay in Spontaneous Parametric Down-Conversion Phys. Rev. Lett. doi: 10.1103/PhysRevLett.133.203601
Ryan Wilkinson (2024) Delay Detected in Photon Generation Physics 17, s130
Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance