Un equipo de físicos de la Universidad de Bristol ha desarrollado la primera fuente de fotones integrada con el potencial de entregar fotónica cuántica a gran escala.
El desarrollo de tecnologías cuánticas promete tener un profundo impacto en la ciencia, la ingeniería y la sociedad. Las computadoras cuánticas a escala podrán resolver problemas intratables incluso en las supercomputadoras actuales más potentes, con muchas aplicaciones revolucionarias, por ejemplo, en el diseñode nuevos medicamentos y materiales.
La fotónica cuántica integrada es una plataforma prometedora para desarrollar tecnologías cuánticas debido a su capacidad para generar y controlar fotones, partículas individuales de luz, en circuitos ópticos complejos miniaturizados. Aprovechar la industria madura de silicio CMOS para la fabricación de dispositivos integrados permite circuitoscon el equivalente de miles de fibras ópticas y componentes para integrarse en un solo chip de escala milimétrica.
El uso de fotónica integrada para desarrollar tecnologías cuánticas escalables es muy demandado. La Universidad de Bristol es pionera en este campo, como lo demuestra una nueva investigación publicada en Comunicaciones de la naturaleza .
El Dr. Stefano Paesani, autor principal explica :
"Un desafío importante que ha limitado el escalado de la fotónica cuántica integrada ha sido la falta de fuentes en el chip capaces de generar fotones individuales de alta calidad. Sin fuentes de fotones de bajo ruido, los errores en un cálculo cuántico se acumulan rápidamente al aumentar elcomplejidad del circuito, lo que hace que el cálculo ya no sea confiable. Además, las pérdidas ópticas en las fuentes limitan el número de fotones que la computadora cuántica puede producir y procesar.
"En este trabajo encontramos una manera de resolver esto y al hacerlo desarrollamos la primera fuente de fotones integrada compatible con fotónica cuántica a gran escala. Para lograr fotones de alta calidad, desarrollamos una técnica novedosa -" intermodalmezcla espontánea de cuatro ondas ", donde los múltiples modos de luz que se propagan a través de una guía de ondas de silicio se interfieren de forma no lineal, creando condiciones ideales para generar fotones individuales".
Junto con colegas de la Universidad de Trento en Italia, el equipo basado en el grupo del profesor Anthony Laing en los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica de Bristol QETLabs comparó el uso de tales fuentes para la computación cuántica fotónica en un experimento anunciado de Hong-Ou-Mandel,un componente básico del procesamiento óptico de la información cuántica y obtuvo la interferencia cuántica fotónica en chip de la más alta calidad jamás observada 96% de visibilidad.
El Dr. Paesani dijo: "El dispositivo demostró, con mucho, los mejores rendimientos para cualquier fuente de fotones integrada: pureza espectral e indistinguibilidad de 99% y> 90% de eficiencia de anunciación de fotones".
Es importante destacar que el dispositivo fotónico de silicio se fabricó mediante procesos compatibles con CMOS en una fundición comercial, lo que significa que miles de fuentes se pueden integrar fácilmente en un solo dispositivo. La investigación, financiada por el Hub del Consejo de Investigación de Ingeniería y Ciencias Físicas EPSRCen Quantum Computing and Simulation y el European Research Council ERC, representa un paso importante hacia la construcción de circuitos cuánticos a escala y allana el camino para varias aplicaciones.
"Hemos resuelto un conjunto crítico de ruidos que anteriormente habían limitado la escala del procesamiento de información cuántica fotónica. Por ejemplo, se pueden usar matrices de cientos de estas fuentes para construir máquinas fotónicas cuánticas ruidosas de escala intermedia NISQ a corto plazo, donde se pueden procesar decenas de fotones para resolver tareas especializadas, como la simulación de la dinámica molecular o ciertos problemas de optimización relacionados con la teoría de grafos ".
Ahora los investigadores han ideado cómo construir fuentes de fotones casi perfectas, en los próximos meses la escalabilidad de la plataforma Silicon les permitirá integrar decenas a cientos en un solo chip. El desarrollo de circuitos a tal escala hará posibleMáquinas cuánticas fotónicas NISQ para resolver problemas relevantes para la industria más allá de la capacidad de las supercomputadoras actuales.
"Además, con la optimización avanzada y la miniaturización de la fuente de fotones, nuestra tecnología podría conducir a operaciones cuánticas tolerantes a fallas en la plataforma fotónica integrada, liberando todo el potencial de las computadoras cuánticas", dijo el Dr. Paesani.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Bristol . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :