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Su trabajo podría conducir al desarrollo de ordenadores más rápidos. La investigación es un resultado del proyecto CUSMEQ («Espectroscopía ultrarrápida coherente y manipulación de qbits»), perteneciente al programa «Personas» del Séptimo Programa Marco (7PM) y financiado con cerca de 179.000 euros. CUSMEQ investigó la manipulación y espectroscopía ultrarrápida y coherente de estados excitónicos contenidos en un punto cuántico semiconductor. Los resultados del estudio fueron publicados recientemente en la revista Nature Materials. 

Los científicos encargados del proyecto, procedentes de la Escuela de Física y Astronomía de la universidad mencionada, indicaron que un fotón colisiona con un electrón confinado en una estructura de pequeño tamaño contenida en la torre. Antes de que las partículas de luz resurjan de la misma, oscilan durante un pequeño lapso de tiempo entre los estados de luz y materia. 

«Emparejar un cuanto de luz con uno de materia es complicado desde el punto de vista tecnológico y conceptual. Puede lograrse, por ejemplo, mediante la inclusión de un excitón atrapado en un punto cuántico dentro de una microcavidad óptica en la que el campo fotónico está confinado en un pequeño volumen de modo», escriben los autores en su artículo. «En consecuencia, un cuanto de excitación óptica oscila entre el estado de materia y luz antes de filtrarse hacia el exterior y disiparse.» 

El equipo realizó este experimento con pares de fotones y con fotones individuales. Según explican, los pares de fotones aumentaron la frecuencia de la oscilación entre luz y materia más que los fotones individuales. Los resultados de su estudio coinciden con predicciones teóricas realizadas hace casi medio siglo. 

El equipo de Cardiff utilizó un tubo semiconductor de tan sólo 1,8 micrómetros (un micrómetro es una milésima de milímetro) de diámetro y mantuvo una temperatura constante alrededor de los -263 °C. Los fotones se atraparon en el interior del tubo durante diez picosegundos (un picosegundo es la billonésima parte de un segundo). 

Las tecnologías de la información y la comunicación (TIC) se verán beneficiadas por estos descubrimientos. Los investigadores opinan que están aumentado las posibilidades para construir sistemas lógicos basados en las interacciones de estas partículas, es decir, ordenadores cuánticos. Un avance como este supondría un aumento en la eficiencia de los procesadores, pues las partículas se desplazarían a mucha mayor velocidad y emplearían menos energía que los componentes electrónicos de un ordenador convencional. 

«Esta interacción es capaz de producir una fuente continua de fotones y servir de base para una lógica de protón único, la cual sólo precisa de una mínima cantidad de energía para realizar procesos lógicos», explicó el profesor Wolfgang Langbein, de la Escuela de Física y Astronomía citada. «Las implicaciones a largo plazo de esta tecnología se extenderían a varias áreas, como la computación, las telecomunicaciones y los dispositivos criptográficos», añadió. 

No obstante, quedan varios aspectos técnicos que habrá de resolver el equipo científico. El profesor Langbein comentó al respecto que «para utilizar esta tecnología en dispositivos de computación reales habrá que mejorar considerablemente las propiedades a tan bajas temperaturas, y lo ideal sería trasladarlas a una temperatura ambiente. Por el momento no está muy claro cómo conseguirlo, pero no es imposible.»

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