Fotones individuales deterministas y altamente indistinguibles en la banda C de telecomunicaciones

Luz para la Internet del futuro

La Internet actual envía información con luz láser por fibras de vidrio, pero la Internet cuántica del mañana necesitará flujos de partículas individuales de luz —fotones— que se comporten de manera perfectamente controlada. Este estudio muestra cómo construir una diminuta fuente de luz en un chip que puede emitir de forma fiable un fotón de alta calidad a la vez en las mismas longitudes de onda ya usadas en las redes de fibra de largo alcance, aproximando la comunicación cuántica práctica.

Por qué los fotones individuales deben parecerse

Para muchas tecnologías cuánticas, desde comunicaciones ultra-seguras hasta nuevos tipos potentes de computación, no basta con disponer de fotones individuales a demanda; esos fotones deben ser además casi idénticos. Si dos fotones son verdaderamente indistinguibles —mismo color, sincronía y forma— pueden interferir entre sí de una manera que no tiene equivalente en la vida cotidiana. Esta “interferencia de dos fotones” es un bloque fundamental para operaciones lógicas cuánticas realizadas con luz. El reto ha sido fabricar una fuente que produzca fotones tan parecidos en la banda estándar de telecomunicaciones C, alrededor de 1550 nanómetros, donde las redes de fibra óptica existentes presentan la menor pérdida.

Un diminuto átomo artificial en un chip

Los autores usan un punto cuántico semiconductor, una estructura artificial tan pequeña que se comporta como un átomo artificial. Su dispositivo está fabricado con arseniuro de indio incrustado en un material circundante cuidadosamente diseñado y colocado dentro de un resonador de rejilla de Bragg circular, que actúa como una cavidad microscópica reflectante que guía la luz emitida hacia arriba. El chip reposa en un criostato a cuatro grados por encima del cero absoluto y se excita con pulsos láser muy cortos. Los investigadores envían luego los fotones resultantes a través de filtros y componentes de fibra óptica para analizar su color, sincronía y con qué frecuencia se emiten más de un fotón a la vez.

Ajustar cómo se excita el punto

Para encontrar las mejores condiciones de operación, el equipo compara sistemáticamente cuatro formas distintas de excitar el punto cuántico con un láser. Un método usa un láser de alta energía que excita muchos estados a la vez, mientras que otros emplean longitudes de onda más selectivas, incluida una técnica en la que el láser se sintoniza ligeramente fuera de la transición principal y el punto cuántico absorbe o emite vibraciones en el cristal —fonones— para alcanzar el estado adecuado. Para cada esquema, miden cuán “single” es la fuente, observando la probabilidad de obtener más de un fotón por pulso, y cuán indistinguibles son fotones sucesivos, enviando pares a un divisor de haz y registrando con qué intensidad interfieren.

Alcanzando un récord de similitud entre fotones

El resultado más llamativo proviene del método de excitación asistida por fonones. En este régimen, el dispositivo emite casi ningún fotón adicional —la contribución de multi‑fotones es sólo de unos pocos por ciento— y, de forma crucial, los fotones sucesivos interfieren con una visibilidad en bruto superior al 91 por ciento. Esta cifra es un indicador directo de cuán parecidos son los fotones, y supera récords anteriores para emisores en estado sólido en longitudes de onda de telecomunicaciones. Los autores muestran que otros métodos de excitación aún producen buen comportamiento de fuente de un solo fotón, pero se quedan cortos en indistinguibilidad, probablemente porque preparan el estado del punto cuántico de forma más lenta y menos limpia.

Qué significa esto para las redes cuánticas

En términos sencillos, los investigadores han construido una fuente microscópica de luz que puede emitir fotones individuales casi idénticos a demanda en el mismo color utilizado en las redes de fibra de largo alcance actuales. Al igualar o superar la calidad de fotón de fuentes probabilísticas más complejas, manteniéndose determinista —emitiendo un fotón siempre que se le solicite—, su enfoque ayuda a cerrar una brecha clave de rendimiento. Esto acerca a la realidad sistemas prácticos de comunicación cuántica y futuros ordenadores cuánticos basados en luz, empleando hardware que puede integrarse en la infraestructura de telecomunicaciones existente.

Cita: Hauser, N., Bayerbach, M., Kaupp, J. et al. Deterministic and highly indistinguishable single photons in the telecom C-band. Nat Commun 17, 537 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68336-0

Palabras clave: fuentes de un solo fotón, puntos cuánticos, banda C de telecomunicaciones, comunicación cuántica, indistinguibilidad de fotones