La luz ha sido durante mucho tiempo el vehículo ideal para transportar información. Ya sea en llamadas telefónicas, videoconferencias o transmisiones de datos, los pulsos de luz viajan por fibras ópticas a velocidades impresionantes. Pero esa misma luz, en su faceta cuántica, podría dar lugar a un nuevo paradigma en la comunicación: una donde los mensajes viajan en forma de fotones individuales, haciendo que la intercepción sea no solo detectable, sino prácticamente imposible sin alterar la señal.Este tipo de comunicación exige una condición muy especial: contar con fuentes de luz que emitan un solo fotón a la vez, de forma controlada, predecible y compatible con las tecnologías actuales. Hasta ahora, este objetivo ha estado plagado de desafíos técnicos. Sin embargo, un grupo de investigadores liderado por el científico japonés Yuichiro Kato ha logrado un avance clave: inducir la emisión de un fotón único desde un punto preciso de un nanotubo de carbono, funcionando a temperatura ambiente y con longitudes de onda utilizadas en las redes de telecomunicaciones.Por qué un solo fotón marca la diferenciaPara entender la importancia de este logro, pensemos en un grifo que gotea agua. Si se quiere contar cuántas gotas caen, es mucho más fácil si estas caen una por una y no en chorros irregulares. Algo similar ocurre en la comunicación cuántica: es crucial poder controlar cada «gota de luz», es decir, cada fotón, para que el sistema funcione de manera fiable.Los nanotubos de carbono son estructuras diminutas, formadas por átomos de carbono enrollados en forma cilíndrica, con propiedades ópticas y eléctricas excepcionales. Desde hace años, se sabe que pueden emitir luz de manera eficiente, incluso a temperatura ambiente, lo que los convierte en candidatos ideales para ser emisores de fotones únicos. El problema ha sido que, al activarse, estos nanotubos generan múltiples sitios emisores de luz a lo largo de su superficie, lo que hace imposible controlar cuál de ellos genera el fotón y cuándo.La receta para una emisión cuántica precisaEl equipo de Kato abordó este obstáculo con una estrategia quirúrgica. Suspendieron un nanotubo de carbono sobre una pequeña trinchera de micras de ancho, con el fin de aislarlo y controlar su entorno inmediato. Luego lo expusieron a una atmósfera de iodobenceno, un compuesto químico capaz de reaccionar con el carbono bajo ciertas condiciones.El siguiente paso fue el más delicado: usando un rayo láser ultravioleta, enfocaron la energía en un punto específico del nanotubo. Esta energía provocó una reacción química local entre el nanotubo y el iodobenceno, generando un defecto en la estructura del carbono conocido como centro de color. Este defecto actúa como una trampa cuántica que atrapa excitones (pares de electrones y huecos) y libera su energía en forma de un fotón individual.Lo realmente novedoso fue que los investigadores monitorearon en tiempo real la luz emitida por el nanotubo. Al detectar el cambio exacto en el espectro de fotoluminiscencia que indica la formación de un centro de color, detuvieron inmediatamente la reacción, impidiendo que se formaran otros defectos. Este control de tiempo y espacio fue crucial para lograr una emisión de fotones precisa y reproducible.Posicionamiento al nivel de los átomosNo solo lograron crear un único punto emisor, sino que también fueron capaces de elegir su ubicación con una precisión cercana al micrómetro. Esto es como colocar una puerta exactamente donde se necesita en un muro invisible. Tal nivel de control es clave para el diseño de circuitos fotónicos cuánticos, que podrán operar en condiciones normales y aprovechar las redes ópticas existentes.Según los autores, este método allana el camino para tecnologías cuánticas escalables, capaces de funcionar en el espectro de telecomunicaciones, lo que significa compatibilidad inmediata con las infraestructuras actuales de internet y comunicaciones.De la investigación al chip cuánticoEl siguiente reto para el equipo es llevar esta tecnología a un formato de chip, integrando múltiples nanotubos de carbono con centros de color en circuitos complejos. Para ello, deberán perfeccionar los procesos de fabricación masiva y garantizar que cada dispositivo tenga características idénticas. Si lo logran, podrían abrir la puerta a sistemas de comunicación cuántica que funcionen sin necesidad de refrigeración extrema, haciendo viable su uso en redes comerciales o incluso en aplicaciones cotidianas.El investigador Kato comenta que ya están trabajando en esta siguiente fase: crear dispositivos fotónicos integrados que podrán, eventualmente, formar parte de productos desarrollados por fabricantes de tecnología cuántica.El estudio, publicado en la revista Nano Letters, es una muestra de cómo la precisión a escala atómica y la ingeniería de materiales están dando forma a los futuros sistemas de información.La noticia Control de fotones individuales en nanotubos de carbono: un paso clave hacia la comunicación cuántica a temperatura ambiente fue publicada originalmente en Wwwhatsnew.com por Natalia Polo.