Para procesar la información, los fotones deben interactuar. Sin embargo, estos pequeños paquetes de luz no quieren tener nada que ver entre sí, cada uno pasando sin alterar al otro. Ahora, los investigadores del Instituto de Tecnología Stevens han convencido a los fotones para que interactúen entre sí coneficiencia sin precedentes: un avance clave hacia la realización de las tan esperadas tecnologías de óptica cuántica para computación, comunicación y teledetección.
El equipo, dirigido por Yuping Huang, profesor asociado de física y director del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica, nos acerca a ese objetivo con un chip de nanoescala que facilita las interacciones de fotones con mucha más eficiencia que cualquier sistema anteriorEl nuevo método, presentado como un memorándum en la edición del 18 de septiembre de óptica , funciona a niveles de energía muy bajos, lo que sugiere que podría optimizarse para trabajar a nivel de fotones individuales: el santo grial para la computación cuántica a temperatura ambiente y la comunicación cuántica segura.
"Estamos ampliando los límites de la física y la ingeniería óptica para acercar el procesamiento de señales cuánticas y totalmente ópticas a la realidad", dijo Huang.
Para lograr este avance, el equipo de Huang disparó un rayo láser en una microcavidad en forma de pista tallada en una astilla de cristal. Cuando la luz láser rebota alrededor de la pista, sus fotones confinados interactúan entre sí, produciendo una resonancia armónica que causa algunosde la luz circulante para cambiar la longitud de onda.
Ese no es un truco completamente nuevo, pero Huang y sus colegas, incluidos el estudiante graduado Jiayang Chen y el científico investigador senior Yong Meng Sua, aumentaron drásticamente su eficiencia al usar un chip hecho de niobato de litio en el aislante, un material que tiene un exclusivoforma de interactuar con la luz. A diferencia del silicio, el niobato de litio es difícil de grabar químicamente con gases reactivos comunes. Por lo tanto, el equipo de Stevens utilizó una herramienta de molienda de iones, esencialmente un nanosandblaster, para grabar una pequeña pista de carreras aproximadamente una centésima del ancho deun cabello humano.
Antes de definir la estructura de la pista de carreras, el equipo necesitaba aplicar pulsos eléctricos de alto voltaje para crear áreas cuidadosamente calibradas de polaridad alterna o poling periódico, que adaptaran la forma en que los fotones se mueven alrededor de la pista de carreras, aumentando su probabilidad de interactuar entre ellos.
Chen explicó que tanto grabar la pista de carreras en el chip como adaptar la forma en que los fotones se mueven a su alrededor, requiere docenas de delicados pasos de nanofabricación, cada uno de los cuales requiere precisión nanométrica ". Según nuestro conocimiento, estamos entre los primeros grupos endomine todos estos pasos de nanofabricación para construir este sistema, esa es la razón por la que podríamos obtener este resultado primero ".
Avanzando, Huang y su equipo apuntan a aumentar la capacidad de la pista de carreras de cristal para confinar y recircular la luz, conocida como su factor Q. El equipo ya ha identificado formas de aumentar su factor Q en un factor de al menos 10, perocada nivel hacia arriba hace que el sistema sea más sensible a las fluctuaciones de temperatura imperceptibles unos pocos miles de grados y requiere un ajuste cuidadoso.
Aún así, el equipo de Stevens dice que se están acercando a un sistema capaz de generar interacciones a nivel de fotón único de manera confiable, un avance que permitiría la creación de muchos componentes potentes de computación cuántica como puertas lógicas fotónicas y fuentes de enredo,que a lo largo de un circuito, puede buscar soluciones múltiples para el mismo problema simultáneamente, posiblemente permitiendo cálculos que podrían tomar años para resolverse en segundos.
Todavía podríamos estar un tiempo a partir de ese momento, dijo Chen, pero para los científicos cuánticos el viaje será emocionante. "Es el santo grial", dijo Chen, autor principal del artículo. "Y en el camino hacia el santo grial,nos estamos dando cuenta de mucha física que nadie había hecho antes "
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología Stevens . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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