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Fuentes ultrabrillantes de fotones en cavidades abiertas (ULTRA-BRIGHT)

XXI Concurso Nacional para la adjudicación de Ayudas a la Investigación en Ciencias de la Vida y de la Materia

Nuevos materiales: fundamentos y aplicaciones

Investigador Principal: Carlos Antón Solanas

Centro de investigación o Institución: Universidad Autónoma de Madrid.

Sinopsis

La expansión y el impacto de la tecnología en fotónica cuántica depende de la eficiencia de generación de fotones individuales, estos son las unidades cuánticas (qubits) esenciales para transportar y controlar la información cuántica.

Los materiales cuánticos en el estado sólido permiten emitir fotones individuales de gran pureza (“uno a uno”) de forma determinística, convirtiéndose en candidatos prioritarios como fuentes eficientes de fotones individuales. El acoplamiento de estos emisores a una cavidad fotónica incrementa drásticamente el brillo del material y mejora las propiedades cuánticas (pureza e indistinguibilidad) de los fotones emitidos.

Este proyecto persigue, por primera vez en España, el desarrollo de una fuente ultrabrillante de fotones individuales operativa a temperatura ambiente y criogénica. Para ello, se implementará una cavidad óptica abierta acoplada a dos tipos de materiales cuánticos. Se identifican dos objetivos principales:

- Objetivo 1. Emisión de fotones individuales para comunicaciones cuánticas (distribución cuántica de claves) en el espacio libre (longitud de onda en el rango visible): acoplamiento de emisores individuales en hBN a un modo fotónico confinado individual a temperatura ambiente.
- Objetivo 2. Generación de fotones individuales altamente coherentes para aplicaciones en computación cuántica (muestreo de bosones en un bucle): acoplamiento de un punto cuántico (InGaAs) a un modo fotónico confinado individual a temperatura criogénica.

Como resultado de las investigaciones de ULTRA-BRIGHT, el prototipo de cavidad abierta se patentará y podría ser comercializable para constituir una fuente ultra-eficiente de fotones individuales u otros estados cuánticos de luz.