Física cuántica y superconductividad en LEDs

Unos físicos de la Universidad de Toronto en Canadá han propuesto una forma novedosa y eficiente de aprovechar el extraño fenómeno de la física cuántica conocido como entrelazamiento cuántico. El método implicaría la combinación de diodos emisores de luz (LEDs) con un superconductor para generar fotones entrelazados, y podría abrir un rico abanico de nueva física así como dispositivos para tecnologías cuánticas, incluyendo ordenadores cuánticos y comunicaciones cuánticas.

El entrelazamiento sucede cuando las partículas se correlacionan en parejas y pasan a interactuar de forma predecible entre ellas sin importar aparentemente lo alejadas que estén. Si medimos las propiedades de un miembro de la pareja entrelazada, inmediatamente conoceremos las propiedades del otro miembro. Es uno de los aspectos más sorprendentes de la mecánica cuántica, que llevó a Einstein a llamarlo “acción fantasmal a distancia”.

Una fuente de luz habitual como un LED emite fotones de forma aleatoria, sin correlaciones entre ellos. El equipo de Alex Hayat, quien ahora está en el Instituto Tecnológico de Israel (el Technion), ha demostrado que se podría conseguir un entrelazamiento cuántico entre fotones emitidos desde un LED mediante la adición de otro peculiar efecto físico, uno de los principales de la superconductividad, la cual consiste en un estado en el que en ciertos materiales y a baja temperatura, una corriente eléctrica puede circular sin encontrar resistencia.


El método propuesto implicaría combinar LEDs con un superconductor para generar fotones entrelazados, y si da resultados lo bastante buenos, puede ser el primer paso hacia la creación de una amplia gama de dispositivos para tecnologías cuánticas. (Imagen: Recreación artística por Jorge Munnshe en NCYT de Amazings)

Ese efecto crucial dentro del fenómeno de la superconductividad ocurre cuando los electrones se ven entrelazados en pares de Cooper, un fenómeno en el que un electrón rota en un sentido, y el otro lo hace en la dirección opuesta. Cuando se coloca una capa de tal material superconductor en contacto estrecho con una estructura semiconductora LED, los pares de Cooper son inyectados en el LED, de manera que las parejas de electrones entrelazados crean parejas de fotones entrelazados. El efecto, sin embargo, sólo se manifiesta adecuadamente en LEDs que utilizan regiones activas del orden del nanómetro de grosor conocidas como pozos cuánticos.

Habitualmente las propiedades cuánticas se muestran a muy pequeñas escalas, como la de un electrón o la de un átomo. La superconductividad permite que los efectos cuánticos se manifiesten a escalas mayores, como la de un componente electrónico o incluso la de todo un circuito. Este comportamiento cuántico puede mejorar de forma significativa la emisión de luz en general, y la emisión de fotones entrelazados en particular.

En la investigación también han trabajado Hae-Young Kee, Kenneth S. Burch y Aephraim M. Steinberg, de la Universidad de Toronto.

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