Un interruptor de un solo fotón y un transistor habilitados por una memoria cuántica de estado sólido

Área de la Ciencia:

• Ciencia de la información cuántica
• Física del estado sólido
• La nanofotónica

Sus antecedentes:

• Los conmutadores y transistores de un solo fotón son cruciales para los circuitos y redes cuánticas, permitiendo fuertes interacciones fotón-fotón.
• Lograr el control determinista de las señales ópticas con fotones individuales requiere una memoria cuántica robusta, que ha sido un desafío en las plataformas de estado sólido.

Objetivo del estudio:

• Para demostrar un interruptor de un solo fotón funcional y un transistor que utiliza una memoria cuántica de estado sólido.
• Investigar el potencial de los dispositivos nanofotónicos de semiconductores para el procesamiento de información cuántica fotónica de alto ancho de banda.

Principales métodos:

• Fabricación de un dispositivo que comprende un qubit de espín de semiconductor fuertemente acoplado a una cavidad nanofotónica.
• Utilizando el qubit de espín como memoria cuántica para controlar las interacciones fotón-fotón.

Principales resultados:

• Demostró un interruptor de un solo fotón y un transistor basado en una memoria cuántica de estado sólido.
• Un solo fotón de puerta de 63 picosegundos cambió con éxito un campo de señal con un promedio de 27.7 fotones.
• El dispositivo exhibió interacciones fotón-fotón controladas antes de restablecer su estado interno.

Conclusiones:

• Los dispositivos nanofotónicos de semiconductores pueden lograr interacciones fotón-fotón fuertes y controladas.
• El dispositivo desarrollado es prometedor para permitir el procesamiento de información cuántica fotónica de alto ancho de banda.