Equipos de investigación de tres universidades valencianas (Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, Universidad Politécnica de Valencia y Universidad de Valencia) y del Consejo Nacional de Investigación italiano han desarrollado un nuevo dispositivo experimental que genera emisión de luz cuántica compatible con las comunicaciones por fibra óptica. El trabajo, publicado ayer en la revista “Scientific Reports”, se presenta como una alternativa tecnológica para el desarrollo de las tecnologías cuánticas de la información.

(De izquierda a derecha). Salvador Sales Maicas, Guillermo Muñoz Matutano, David Barrera Vilar, Carlos Rodríguez Fernández-Pousa y Juan Martínez Pastor

El trabajo es el resultado de un proyecto de colaboración entre equipos de investigación en ingeniería de telecomunicaciones y nanotecnología, formado por el profesor de la UMH Carlos Rodríguez Fernández-Pousa, el profesor de la Universitat de València Juan P. Martínez Pastor, los profesores de la Universidad Politécnica de Valencia  Salvador Sales Maicas y Guillermo Muñoz Matutano y la profesora de la Universidad de Parma–Consejo nacional de Investigación italiano Luca Seravalli.

En la investigación, también, han trabajado David Barrera, de la Universidad Politécnica de Valencia, con el desarrollo y fabricación de los dispositivos de filtrado de luz por fibra óptica, así como la investigadora de la Universidad de Valencia Raquel Chuliá, quien ha colaborado como apoyo en la caracterización experimental. El equipo de investigación destaca la contribución de los doctores José Benito Alén, Josep Canet Ferrer, David Rivas y Amelia L. Ricchiuti, así como del estudiante Héctor Masià en el desarrollo de estas tecnologías en la investigación del laboratorio LEON de la Universitat de València.

El equipo ha conseguido diseñar y fabricar dispositivos integrados en fibra que permiten filtrar la luz emitida por puntos cuánticos (QDs), con una eficiencia más de 10 veces mayor que la típica. Este aumento en la eficiencia de filtrado ha permitido trabajar con detectores de infrarrojo cercano más simples y de menor coste. Por otra parte, la selección de los fotones a través de fibra óptica abre la puerta a dispositivos futuros más compactos y versátiles, donde el propio agente transmisor de la luz (la fibra óptica) pueda ser el elemento principal en el momento de manipular la información entre fotones.

Los puntos cuánticos informalmente se etiquetan como “átomos artificiales”. El pequeño tamaño de estas nanoestructuras (del orden de los nanómetros = 10-9 m) afecta directamente a sus propiedades electrónicas y ópticas, los que las hace muy semejantes a las de los propios átomos. Sin embargo, los QDs incorporan todas las ventajas de la tecnología de semiconductores y pueden ser incorporados como base para multitud de dispositivos optoelectrónicos como LEDs y láseres de bajo consumo. Sin embargo, cuando los QDs se estudian de forma aislada, a través del análisis de la emisión óptica de uno solo de ellos, la mayoría de las aplicaciones se focalizan en el desarrollo de comunicaciones cuánticas.

El trabajo publicado hoy por la revista de la editorial Nature Publishing Group (NPG), titulado “Estudio de la emisión de fotón único a 1300 nm de un punto cuántico metamórfico de InAs mediante un interferómetro Hanbury Brown – Twiss basado totalmente en fibra óptica” (All-optical fiber Hanbury Brown & Twiss interferometer to study 1300 nm single photon emission of a metamorphic InAs Quantum Dot), destaca que uno de los requisitos para el desarrollo de estas tecnologías cuánticas es acercar la investigación básica a los requisitos tecnológicos e industriales. Según explican los autores en su artículo, para que esta tecnología basada en la emisión de luz cuántica por QDs sea compatible con las actuales demandas tecnológicas es de vital importancia hacer que su emisión óptica abarque las zonas de interés en las telecomunicaciones por fibra óptica (las dos ventanas infrarrojas centradas en 1300 y 1550 nanómetros).

Según ha señalado el profesor de la UMH Carlos Rodríguez Fernández-Pousa, “el avance es consecuencia de la interrelación de dos tecnologías distintas, la de dispositivos ópticos basados en puntos cuánticos de semiconductor, y la de dispositivos de fibra óptica para el filtrado de señales. Es precisamente este éxito en la conexión de estas dos tecnologías distintas la que permite vislumbrar desarrollos adicionales en este campo”.

Por su parte, el doctor por la Universitat de València, investigador Juan de la Cierva en el Grupo de Comunicaciones Opticas y Cuánticas de la UPV y colaborador en el Instituto de Ciencias de los Materiales de la UV Guillermo Muñoz ha explicado que “la consecución de esta alternativa tecnológica ha presentado un desafío transversal a áreas de trabajo como la física de semiconductores, la nanotecnología, la fotónica y la óptica cuántica”.

Juan Martínez Pastor, el catedrático de Física Aplicada y Electromagnetismo de la Universidad de Valencia, también firmante del artículo, ha destacado que el laboratorio ha sido pionero en España en análisis de luz cuántica emitida por QDs y único que puede realizar este tipo de experimentos en las ventanas infrarrojas de las telecomunicaciones, donde sólo unos pocos laboratorios de la comunidad científica internacional trabajan en la actualidad. “En un futuro cercano nos planteamos realizar experimentos con fotones entrelazados, base de la criptografía cuántica y otras muchas aplicaciones de gran calado, como la teleportación cuántica y sensores a nivel atómico y molecular”, ha explicado.

Recreación del interferómetro Hanbury Brown & Twiss (HBT) desarrollado en el artículo publicado en la revista Scientific Reports – Nature. Este nuevo diseño permite abaratar los costes, simplificando el montaje y ampliando las posibilidades en nuevos experimentos de óptica cuántica