Nueva fuente de luz cuántica en el espectro de terahercios

Un equipo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM) ha desarrollado una fuente de luz sintonizable capaz de emitir fotones individuales en el rango de terahercios (THz). Este régimen de frecuencias es clave para explorar transiciones de niveles vibracionales y rotacionales en moléculas, así como transiciones en excitaciones individuales y colectivas en materiales semiconductores.

Los resultados, publicados en la revista PRX Quantum, abren la puerta a aplicaciones únicas en espectroscopía y microscopía, útiles en sectores tan diversos como ciencias de los alimentos, medicina diagnóstica, biología, telecomunicaciones de banda ancha o seguridad.

Además, este trabajo representa la primera propuesta de una fuente de fotones individuales en el THz que es compatible con los parámetros accesibles de los laboratorios actuales, marcando un hito en el camino hacia el aprovechamiento de las propiedades únicas del terahercio en las tecnologías cuánticas del futuro.

Tecnología cuántica THz

A pesar de su potencial, la tecnología cuántica en el rango de THz aún está en sus primeras etapas, especialmente si se compara con las tecnologías establecidas en los espectros visible, infrarrojo cercano y microondas.

En el espectro visible, se ha demostrado que la luz cuántica ofrece importantes ventajas tecnológicas, como la precisión metrológica en el límite de Heisenberg, paradigmas alternativos de computación cuántica o protección contra el espionaje en comunicaciones remotas.

La aplicación de la tecnología cuántica THz promete extender estos beneficios a áreas donde las frecuencias de terahercios son particularmente relevantes, ofreciendo una solución intermedia entre las limitaciones de escalabilidad y requerimientos de enfriamiento extremo de las microondas, y los desafíos de absorción y precisión de fabricación en el espectro óptico.

“En concreto, nuestro estudio propone una fuente de luz cuántica basada en un único emisor cuántico polar con una energía de transición en el espectro visible y un momento dipolar permanente. Al excitar el emisor con un láser óptico intenso, dichas propiedades permiten generar estados híbridos de luz y materia con transiciones permitidas en el THz”, detallan los autores.

“Estas transiciones —agregan— dan lugar a la emisión de fotones individuales en el THz, capturados eficientemente mediante nanoantenas. Por último, de manera crucial, esta propuesta ofrece un control preciso sobre la radiación resultante, permitiendo ajustar tanto la intensidad como sus fluctuaciones cuánticas simplemente modificando la frecuencia e intensidad de la excitación láser”.

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Referencia bibliográfica:

Groiseau, C.; Fernández-Domínguez, A.I.; Martín-Cano, D.; Sánchez Muñoz, C. (2023). Single-Photon Source Over the Terahertz Regime. PRX Quantum, 5, 010312.

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