Los científicos han desarrollado un chip fotónico topológico para procesar información cuántica, prometiendo una opción más robusta para computadoras cuánticas escalables.
El equipo de investigación, dirigido por el Dr. Alberto Peruzzo de la Universidad RMIT, ha demostrado por primera vez que la información cuántica puede codificarse, procesarse y transferirse a distancia con circuitos topológicos en el chip. La investigación se publica en Avances científicos .
El avance podría conducir al desarrollo de nuevos materiales, computadoras de nueva generación y una comprensión más profunda de la ciencia fundamental.
En colaboración con científicos del Politecnico di Milano y ETH Zurich, los investigadores utilizaron fotónica topológica, un campo en rápido crecimiento que tiene como objetivo estudiar la física de las fases topológicas de la materia en un nuevo contexto óptico, para fabricar un chip con un'divisor de haz' que crea una puerta cuántica fotónica de alta precisión.
"Anticipamos que el nuevo diseño de chip abrirá el camino para estudiar los efectos cuánticos en materiales topológicos y para una nueva área de procesamiento cuántico topológicamente robusto en tecnología fotónica integrada", dice Peruzzo, investigador jefe en el Centro de Excelencia ARC para QuantumComputación y Tecnología de la Comunicación CQC2T y Director, Laboratorio de Fotónica Cuántica, RMIT.
"La fotónica topológica tiene la ventaja de no requerir campos magnéticos fuertes y presenta una intrínsecamente alta coherencia, operación a temperatura ambiente y fácil manipulación", dice Peruzzo.
"Estos son requisitos esenciales para la ampliación de las computadoras cuánticas"
Replicando el conocido experimento Hong-Ou-Mandel HOM, que toma dos fotones, los constituyentes finales de la luz, y los interfiere de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica, el equipo pudo usar el chip fotónico parademostrar, por primera vez, que los estados topológicos pueden sufrir interferencia cuántica de alta fidelidad.
La interferencia HOM se encuentra en el corazón de la computación cuántica óptica, que es muy sensible a los errores. Los estados topológicamente protegidos podrían agregar robustez a la comunicación cuántica, disminuyendo el ruido y los defectos prevalentes en la tecnología cuántica. Esto es particularmente atractivo para el procesamiento óptico de información cuántica.
"La investigación anterior se había centrado en la fotónica topológica utilizando la luz láser 'clásica', que se comporta como una onda clásica. Aquí usamos fotones individuales, que se comportan de acuerdo con la mecánica cuántica", dice el autor principal Jean-Luc Tambasco, estudiante de doctoradoen RMIT.
Demostrar interferencia cuántica de alta fidelidad es un precursor para transmitir datos precisos utilizando fotones únicos para comunicaciones cuánticas, un componente vital de una red cuántica global.
"Este trabajo cruza los dos campos prósperos de la tecnología cuántica y los aislantes topológicos y puede conducir al desarrollo de nuevos materiales, computadoras de nueva generación y ciencia fundamental", dice Peruzzo.
La investigación es parte del Programa de Procesador Cuántico Fotónico en CQC2T. El Centro de Excelencia está desarrollando enfoques paralelos utilizando procesadores ópticos y de silicio en la carrera para desarrollar el primer sistema de cómputo cuántico.
Los investigadores australianos de CQC2T han establecido un liderazgo global en información cuántica. Habiendo desarrollado tecnologías únicas para manipular la materia y la luz a nivel de átomos y fotones individuales, el equipo ha demostrado los qubits de tiempo de coherencia más largos y de mayor fidelidad en estado sólido; el más largomemoria cuántica vivida en estado sólido y la capacidad de ejecutar algoritmos a pequeña escala en qubits fotónicos.
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Materiales proporcionado por Centro de Computación Cuántica y Tecnología de Comunicación . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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