Una ruta prometedora hacia computadoras cuánticas más grandes es orquestar múltiples sistemas más pequeños optimizados para tareas. Para conectar y entrelazar dinámicamente dos sistemas cualesquiera, la interferencia fotónica surge como un método poderoso, debido a su compatibilidad con dispositivos en chip y propagación a larga distanciaen redes cuánticas.
Uno de los principales obstáculos para la comercialización de la fotónica cuántica sigue siendo la fabricación e integración a nanoescala de sistemas cuánticos escalables debido a su notoria sensibilidad a las perturbaciones más pequeñas en el entorno cercano. Esto ha convertido en un desafío extraordinario desarrollar sistemas que puedan serutilizado para la computación cuántica al mismo tiempo que ofrece una interfaz óptica eficiente.
Un resultado reciente publicado en Materiales naturales muestra cómo se puede superar el obstáculo de la integración. El trabajo se basa en una colaboración multinacional con investigadores de las universidades de Stuttgart Física 3, California - Davis, Linköping y Kyoto, así como el Instituto Fraunhofer en Erlangen,el Centro Helmholtz de Dresde y el Instituto Leibniz de Leipzig.
Los investigadores siguieron un enfoque de dos pasos. Primero, su sistema cuántico de elección es el llamado centro de vacantes de silicio en carburo de silicio, que se sabe que posee propiedades ópticas de espín particularmente robustas. En segundo lugar, fabricaron guías de ondas nanofotónicas alrededor de estoscentros de color que utilizan métodos de procesamiento suaves que mantienen el material anfitrión esencialmente libre de daños.
"Con nuestro enfoque, pudimos demostrar que las excelentes propiedades espín-ópticas de nuestros centros de color se mantienen después de la integración nanofotónica", dice Florian Kaiser, profesor asistente de la Universidad de Stuttgart, el supervisor de este proyecto. "Gracias a larobustez de nuestros dispositivos cuánticos, obtuvimos suficiente margen para realizar puertas cuánticas en múltiples qubits de espín nuclear. Como estos espines muestran tiempos de coherencia muy largos, son excelentes para implementar pequeñas computadoras cuánticas ".
"En este proyecto, exploramos la peculiar forma triangular de los dispositivos fotónicos. Si bien esta geometría es de atractivo comercial porque proporciona la versatilidad necesaria para la producción escalable, se sabe poco sobre su utilidad para hardware cuántico de alto rendimiento. Nuestros estudios revelan queLa luz emitida por el centro de color, que transporta información cuántica a través del chip, se puede propagar de manera eficiente a través de un solo modo óptico. Esta es una conclusión clave para la viabilidad de la integración de los centros de color con otros dispositivos fotónicos, como nanocavidades, fibra óptica y-detectores de fotones, necesarios para realizar todas las funcionalidades de la computación y las redes cuánticas ", dice Marina Radulaski, profesora asistente de la Universidad de California en Davis.
Lo que hace que la plataforma de carburo de silicio sea particularmente interesante es su compatibilidad con CMOS y su uso intensivo como semiconductor de alta potencia en la movilidad eléctrica. Los investigadores ahora quieren beneficiarse de estos aspectos para aprovechar la producción escalable de chips fotónicos de espín. Además,quieren implementar circuitos semiconductores para inicializar eléctricamente y leer los estados cuánticos de sus qubits de espín. "Maximizar el control eléctrico, en lugar del control óptico tradicional a través de láseres, es un paso importante hacia la simplificación del sistema. La combinación de nanofotónica eficiente con control eléctriconos permiten integrar de manera confiable más sistemas cuánticos en un chip, lo que dará como resultado ganancias de rendimiento significativas ", agrega Florian Kaiser," En este sentido, estamos solo en los albores de las tecnologías cuánticas con centros de color en carburo de silicio. Nuestro exitoso nanofotónicoLa integración no solo es un habilitador emocionante para la computación cuántica distribuida, sino que también puedepierden el rendimiento de los sensores cuánticos compactos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universitaet Stuttgart . Nota: el contenido puede editarse por estilo y longitud.
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