Por primera vez, los investigadores han demostrado una forma de mapear y medir la correlación cuántica fotónica a gran escala con sensibilidad de fotón único. La capacidad de medir miles de instancias de correlación cuántica es crítica para hacer práctica la computación cuántica basada en fotones.
adentro óptica , la revista de la Sociedad Óptica para la investigación de alto impacto, un grupo multiinstitucional de investigadores informa sobre la nueva técnica de medición, que se llama correlación en la imagen de nivel de fotón mapeado espacialmente COSPLI. También desarrollaron una forma de detectar señales defotones individuales y sus correlaciones en decenas de millones de imágenes.
"COSPLI tiene el potencial de convertirse en una solución versátil para realizar mediciones de partículas cuánticas en computadoras cuánticas fotónicas a gran escala", dijo el líder del equipo de investigación Xian-Min Jin, de la Universidad Jiao Tong de Shanghai, China. "Este enfoque único tambiénser útil para la simulación cuántica, la comunicación cuántica, la detección cuántica y las imágenes biomédicas de fotón único ".
fotones interactuando
La tecnología de computación cuántica promete ser significativamente más rápida que la computación tradicional, que lee y escribe datos codificados como bits que son cero o uno. En lugar de bits, la computación cuántica utiliza qubits que pueden estar en dos estados al mismo tiempo y lo haráinteractúan o se correlacionan entre sí. Estos qubits, que pueden ser un electrón o un fotón, permiten que muchos procesos se realicen simultáneamente.
Un desafío importante en el desarrollo de computadoras cuánticas es encontrar una manera de medir y manipular los miles de qubits necesarios para procesar conjuntos de datos extremadamente grandes. Para los métodos basados en fotones, se puede aumentar el número de qubits sin usar más fotones aumentandoel número de modos codificados en grados de libertad fotónicos, como polarización, frecuencia, tiempo y ubicación, medidos para cada fotón. Esto permite que cada fotón exhiba más de dos modos o estados, simultáneamente. Los investigadores utilizaron previamente este enfoquepara fabricar los chips cuánticos fotónicos más grandes del mundo, que podrían poseer un espacio de estado equivalente a miles de qubits.
Sin embargo, incorporar los nuevos chips cuánticos fotónicos en una computadora cuántica requiere medir todos los modos y sus correlaciones fotónicas en un nivel de fotón único. Hasta ahora, la única forma de lograr esto sería usar un detector de fotón único para cadamodo exhibido por cada fotón. Esto requeriría miles de detectores de un solo fotón y costaría alrededor de 12 millones de dólares por una sola computadora.
"Es económicamente inviable y técnicamente difícil abordar miles de modos simultáneamente con detectores de un solo fotón", dijo Jin. "Este problema representa un cuello de botella decisivo para realizar una computadora cuántica fotónica a gran escala".
sensibilidad de fotón único
Aunque las cámaras CCD disponibles en el mercado son sensibles a los fotones individuales y mucho más baratas que los detectores de un solo fotón, las señales de los fotones individuales a menudo se ven oscurecidas por grandes cantidades de ruido. Después de dos años de trabajo, los investigadores desarrollaron métodos para suprimir el ruido.esos fotones individuales podrían detectarse con cada píxel de una cámara CCD.
El otro desafío fue determinar la polarización, frecuencia, tiempo y ubicación de un solo fotón, cada uno de los cuales requiere una técnica de medición diferente. Con COSPLI, las correlaciones fotónicas de otros modos se asignan al modo espacial, lo que permite correlaciones de todoslos modos que se medirán con la cámara CCD.
Para demostrar COSPLI, los investigadores utilizaron su enfoque para medir los espectros conjuntos de fotones correlacionados en diez millones de cuadros de imagen. Los espectros reconstruidos coincidieron bien con los cálculos teóricos, lo que demuestra la fiabilidad del método de medición y mapeo, así como el método dedetección de fotones. Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la velocidad de imagen del sistema de decenas a millones de fotogramas por segundo.
"Sabemos que es muy difícil construir una computadora cuántica práctica, y aún no está claro qué implementación será la mejor", dijo Jin. "Este trabajo agrega confianza en que una computadora cuántica basada en fotones puede ser prácticaruta hacia adelante "
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Materiales proporcionado por La sociedad óptica . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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