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Actualmente, uno de los principales desafíos en el campo de las tecnologías cuánticas es la ausencia de materiales comerciales que permitan fabricar emisores individuales de fotones de forma controlada, estable y con propiedades ópticas bien definidas. Esta limitación ha impedido el avance de soluciones críticas en áreas como ciberseguridad, generación de números aleatorios y sensores cuánticos.

El proyecto trabajará en base nitruro de boron hexagonal (hBN),  un material clave para aplicaciones emergentes en computación, comunicación y metrología cuántica, ya que cuenta con emisores únicos, ópticamente estables y validados para su uso fuera del laboratorio. A partir de este se creará un metamaterial que permita el desarrollo de emisores individuales de fotones. 

“Lo más importante para todas las tecnologías cuánticas es tener buenas fuentes de fotones que puedan ser utilizados en la transmisión de información, lo que implica que los emisores utilizados deben tener propiedades definidas y que perduren en el tiempo. Sin embargo, a nivel nanoscópico, los emisores están susceptibles a interacciones con el medio ambiente no deseadas, que son muy difíciles de evitar. En ese contexto, nosotros queremos encontrar un método para proteger estas propiedades. Elegimos el nitruro de boron hexagonal porque es un material de alta brecha, maleable, y por lo tanto, es fácil de incorporar a un dispositivo ”, explica Jerónimo Maze.

En una primera etapa, el equipo recreará los defectos ópticos del hBN en un ambiente controlado,  para entender bien cuál es la composición atómica de estas desviaciones y cómo proteger al material, para que no sean alterado por otros elementos que hacen, en la mayoría de los casos,  que sus propiedades ópticas se pierdan el tiempo. La propuesta combina técnicas de implantación iónica de baja energía, caracterización óptica in situ y encapsulamiento en vacío, con el fin de garantizar emisores estables y reproducibles en condiciones reales.

“El desafío es que si creas muchos defectos, sus propiedades cambian también. Si creas defectos de distinto tipo, empiezan a interactuar entre ellos. Si lo haces en la cercanía de otro sustrato, los defectos no tienen las mismas propiedades. Entonces, hay que estandarizar la forma en que se crean estos defectos para que tengan propiedades y especificaciones que perduren en el tiempo. Es como, por ejemplo, volviendo a la época de los transistores, crear un transistor que mantenga sus propiedades en el tiempo.  En un futuro, estos dispositivos van a combinar luz y vamos a tener transistores electro-ópticos que estén presentes en dispositivos de información, especialmente si hablamos de información cuántica”, explica el académico.

Además del impacto científico, la propuesta contempla formación de capital humano avanzado y una estrategia de escalamiento tecnológico que apunta a avanzar desde un nivel de madurez tecnológica TRL 3 a TRL 5. Esto se implementará  en cuatro etapas, que incluyen el desarrollo experimental, la protección de la propiedad intelectual y la validación industrial en conjunto con la empresa chilena Sequre Quantum, quien participa como entidad asociada. Con un mercado global de tecnologías cuánticas proyectado a superar los USD 12.000 millones al 2030, este desarrollo posiciona a Chile y al Instituto de Física UC como actores relevantes en la frontera de la innovación cuántica.