Por primera vez se logra entrelazar un fotón al espín de un electrón confinado en un punto cuántico

Un punto cuántico es un sistema capaz de confinar electrones entre dos semiconductores (que forman parte de una nanoestructura). Un electrón confinado en un punto cuántico tiene niveles de energía similares a los que tienen los electrones en los átomos sin necesidad de que exista un campo electromagnético externo. Para muchas aplicaciones en computación e información cuánticas sería muy interesante poder entrelazar el estado cuántico de un fotón con el espín de un electrón atrapado en un punto cuántico. De Greve et al. y Gao et al. lo han logrado aprovechando que los puntos cuánticos son ópticamente activos. Han utilizado la técnica llamada bombeo óptico (optical pumping) que permite preparar el espín del electrón en un estado dado, sea |↓> o |↑>, así como conmutar entre ambos estados; utilizando un nuevo fotón de frecuencia y duración apropiada se logra excitar el electrón a un nivel energético superior; cuando el electrón se relaja y decae en uno de los dos estados anteriores, |↓> o |↑>, emite simultáneamente un fotón con una frecuencia dada (sea azul para |↓> y rojo para |↑>). Lo curioso es que el fotón se emite con una polarización diferente según el color, el fotón azul está polarizado horizontalmente y el rojo verticalmente. Gracias a ello el estado cuántico del fotón (tanto su polarización como su frecuencia o color) queda entrelazado con el espín del electrón; medir el espín del electrón permite conocer la polarización y el color del fotón, y viceversa, midiendo el fotón se conoce el estado del espín. De Greve et al. y Gao et al. han ideado sendos procedimientos para eliminar el entrelazamiento con la polarización y dejar solo el de la frecuencia, más útil en aplicaciones prácticas. El objetivo futuro será poder entrelazar múltiples electrones en puntos cuánticos separados espacialmente realizando operaciones cuánticas con los fotones con los que cada uno está entrelazado por separado, pues las operaciones cuánticas con fotones son más fáciles de implementar; lograrlo tendría aplicaciones muy interesantes en computación cuántica. Nos lo cuenta Sophia E. Economou, “Quantum physics: Putting a spin on photon entanglement,” Nature 491: 343–344, 15 November 2012, que se eco de los artículos técnicos de Kristiaan De Greve et al., “Quantum-dot spin–photon entanglement via frequency downconversion to telecom wavelength,” Nature 491: 421–425, 15 November 2012, y W. B. Gao et al., “Observation of entanglement between a quantum dot spin and a single photon,” Nature 491: 426–430, 15 November 2012.