Com o avanço da tecnologia de computadores quânticos, a segurança dos sistemas de comunicação tradicionais enfrenta desafios. A comunicação quântica surge como uma solução, e o desempenho de seu componente-chave, a fonte de fóton único, impacta diretamente o desempenho do sistema. Nos métodos tradicionais, o emissor de fótons únicos é colocado fora da fibra óptica, exigindo que os fótons sejam guiados para dentro da fibra, resultando em alta perda de transmissão. Para aumentar a eficiência, a equipe de pesquisa liderada pelo professor associado Kaoru Sanaka, do Departamento de Física da Universidade de Ciências de Tóquio, desenvolveu uma fonte de fóton único acoplada à fibra óptica de alta eficiência, capaz de gerar fótons únicos diretamente dentro da fibra.

O método utiliza íons raros capturados dentro de uma fibra óptica cônica, gerando e guiando fótons únicos diretamente na fibra, oferecendo um componente essencial de baixo custo para a próxima geração de tecnologia de comunicação quântica.

A equipe preparou fibras de dióxido de silício dopadas com íons de neodímio (Nd³⁺) e, através de um processo de puxamento térmico, transformou-as em forma cônica, permitindo a excitação seletiva de íons individuais de Nd³⁺. À temperatura ambiente, os íons são excitados usando um laser bombeador, gerando fótons únicos que entram diretamente nos modos guiados da fibra. Os pesquisadores verificaram a geração e a condução eficaz dos fótons únicos por meio de análise de autocorrelação, confirmando que a variação da conicidade da fibra não afeta as propriedades ópticas dos íons. O novo método apresenta eficiência de coleta de fótons significativamente superior à dos métodos de excitação não seletiva, sendo ainda mais eficiente quando coletados de ambos os lados da fibra.

O Dr. Sanaka destacou que o método é de baixo custo, com comprimento de onda selecionável, fácil de integrar em redes de comunicação óptica, e opera à temperatura ambiente, oferecendo um forte candidato para redes quânticas totalmente integradas em fibra óptica da próxima geração. Além disso, o método também pode impulsionar a tecnologia de computação quântica, permitindo operar múltiplos íons isolados na mesma fibra e desenvolver unidades de processamento multi-qubit, viabilizando protocolos de codificação de qubits.