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Mar 21, 2023

Investigadores desarrollan plataforma fotónica integrada basada en Thin

Por Mariana Iriarte 3 de junio de 2023 Investigadores aprovechan la fotónica para desarrollar

Por Mariana Iriarte

3 de junio de 2023

Los investigadores están aprovechando la fotónica para desarrollar y escalar el hardware necesario para hacer frente a los estrictos requisitos de las tecnologías de la información cuántica. Al explotar las propiedades de la fotónica, los investigadores señalan los beneficios de escalar el hardware cuántico. Si tiene éxito, los investigadores dicen que el hardware cuántico a escala permitirá redes de largo alcance, interconexiones entre múltiples dispositivos cuánticos y circuitos fotónicos a gran escala para la computación y simulación cuánticas.

Un equipo interdisciplinario de investigadores de Dinamarca, Alemania y el Reino Unido se está enfocando en las mejores formas de usar la fotónica y explotar sus propiedades para desarrollar una plataforma que pueda escalar el hardware cuántico, informó Phys.Org. Con este fin, el equipo desarrolló una plataforma fotónica integrada basada en niobato de litio de película delgada, cuyos monocristales son materiales importantes para las ondas ópticas y son un modulador ideal para el modo de baja pérdida.

Luego, los investigadores conectaron la plataforma fotónica integrada con fuentes deterministas de un solo fotón de estado sólido basadas en puntos cuánticos (cristales semiconductores) en guías de ondas nanofotónicas. Los fotones resultantes producidos se procesan con circuitos de baja pérdida, que según los investigadores son programables a velocidades de varios gigahercios. Los investigadores afirman que los circuitos ópticos rápidos reprogramables de baja pérdida son clave para realizar tareas en el procesamiento de información cuántica fotónica.

La plataforma de alta velocidad allanó el camino para que los investigadores lograran varias funcionalidades clave de procesamiento de información fotónica. La primera funcionalidad de procesamiento que observaron los investigadores durante los experimentos fue la interferencia cuántica en el chip. Los investigadores utilizaron el efecto Hong-OuMandel (HOM), que se caracteriza cuando se observa la interferencia de dos fotones. La Figura 1 muestra los experimentos HOM en chip realizados que probaron el rendimiento de la plataforma para el procesamiento de información cuántica fotónica.

Otra funcionalidad de procesamiento que el equipo demostró que es clave para el procesamiento de información fotónica es un enrutador de fotón único integrado. Los investigadores demostraron un enrutador de fotones totalmente integrado en el chip para los fotones emitidos por puntos cuánticos. Para lograr esto, aprovecharon la capacidad de la plataforma para integrar cambiadores de fase rápidos con longitudes de onda de emisor cuántico para mostrar el enrutador de fotón único integrado.

El equipo también implementó un interferómetro universal de cuatro modos, compuesto por una red de 6 interferómetros Mach-Zehnder y 10 moduladores de fase, como se muestra en la Figura 2. Los interferómetros fotónicos cuánticos multimodo programables son fundamentales para la implementación de funcionalidades esenciales de las tecnologías cuánticas fotónicas. . Y, los investigadores dijeron que los interferómetros pueden realizar circuitos para experimentos de ventaja computacional cuántica o simulación cuántica analógica.

En un artículo de investigación publicado por Science Advances, los investigadores detallaron su desarrollo de la plataforma fotónica integrada de alta velocidad basada en niobato de litio de película delgada. El documento se titula "Procesador cuántico de niobato de litio de película delgada de alta velocidad impulsado por un emisor cuántico de estado sólido".

Los autores argumentan que los resultados mostraron que la fotónica integrada con fuentes de fotones deterministas de estado sólido es una opción prometedora para escalar tecnologías cuánticas en múltiples fases. En el futuro, la plataforma se puede optimizar aún más para reducir la pérdida de acoplamiento y propagación. En particular, las arquitecturas de computación cuántica tolerantes a fallas (con niveles de pérdida de ≲10% por fotón) están un paso más cerca de la realidad.

El equipo interdisciplinario de investigadores proviene de instituciones internacionales, incluido el Centro de Redes Cuánticas Híbridas (Hy-Q), Instituto Niels Bohr, Universidad de Copenhague (Dinamarca); Instituto de Física, Universidad de Muenster (Alemania); CeNTech—Centro de Nanotecnología (Alemania); SoN—Centro de Nanociencia Blanda (Alemania); Instituto Wolfson de Investigación Biomédica, University College London (Reino Unido); Universidad Ruhr de Bochum (Alemania); y la Universidad de Heidelberg (Alemania).