Una fuente de cristal líquido de pares de fotones.

La conversión ascendente paramétrica espontánea (SPDC), como fuente de fotones entrelazados, es de gran interés para la física y la tecnología cuánticas, pero hasta ahora sólo puede implementarse en materiales sólidos. Investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz (MPL) y del Instituto Josef Stefan de Liubliana, Eslovenia, han demostrado por primera vez el SPDC en un cristal líquido. Los resultados fueron publicados recientemente en naturalezaabren el camino a una nueva generación de fuentes cuánticas: eficientes y sintonizables por campos eléctricos.

Dividir un fotón en dos es una de las herramientas más útiles de la fotónica cuántica. Puede crear pares de fotones entrelazados, fotones individuales, luz comprimida e incluso estados fotónicos más complejos que son esenciales para las tecnologías fotónicas cuánticas. Este proceso se conoce como conversión reductora automática (SPDC).

SPDC está estrechamente relacionado con la simetría central. Esto es simetría con respecto a un punto; por ejemplo, un cuadrado es centralmente simétrico pero un triángulo no. En esencia, al dividir un fotón en dos, el SPDC rompe la simetría central. Por tanto, esto sólo es posible en cristales cuya celda primaria sea centralmente asimétrica. El SPDC no puede ocurrir en líquidos o gases comunes porque estos materiales son isotrópicos.

Sin embargo, los investigadores han descubierto recientemente cristales líquidos con una estructura diferente, llamados cristales líquidos nemáticos ferroeléctricos. A pesar de ser fluidos, estos materiales se caracterizan por una fuerte ruptura de simetría central. Sus moléculas son alargadas, asimétricas y, lo más importante, pueden reorientarse mediante un campo eléctrico externo. La reorientación de las moléculas cambia la polarización de los pares de fotones generados, así como la tasa de generación. Con un embalaje adecuado, una muestra de estos materiales puede ser un dispositivo muy útil porque producen pares de fotones de manera eficiente, pueden sintonizarse fácilmente mediante un campo eléctrico y pueden integrarse en dispositivos más complejos.

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Utilizando muestras preparadas en el Instituto Josef Stefan (Liubliana, Eslovenia) a partir de cristales líquidos nemáticos ferroeléctricos fabricados por Merck Electronics KGaA, investigadores del Instituto Max Planck para la Ciencia de la Luz han aplicado SPDC, por primera vez, en un cristal líquido. . La eficiencia de generación de fotones entrelazados es tan alta como la de los mejores cristales no lineales, como el niobato de litio, de espesor similar. Aplicando un campo eléctrico de tan solo unos pocos voltios, pudieron activar y desactivar la generación de pares de fotones, así como cambiar las propiedades de polarización de estos pares. Este descubrimiento inicia una nueva generación de fuentes de luz cuánticas: flexibles, sintonizables y eficientes.

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