Ahora que las empresas líderes invierten en infraestructuras complejas y muy caras para liberar el poder de las tecnologías cuánticas, Los investigadores del INRS han logrado un gran avance en un sistema fotónico liviano creado utilizando dispositivos en chip y componentes de telecomunicaciones estándar. En su artículo publicado en Naturaleza , el equipo demuestra que los fotones pueden convertirse en un recurso cuántico poderoso y accesible cuando se generan en forma de quDits entrelazados por colores.

El sistema utiliza un chip fotónico pequeño y rentable fabricado mediante procesos similares a los utilizados para la electrónica integrada. Con un resonador de microanillo en chip excitado por un láser, los fotones se emiten en pares que comparten un estado cuántico complejo. Los fotones se construyen en un estado que presenta una serie de componentes de frecuencia superpuestos:los fotones tienen varios colores simultáneamente, y los colores de cada fotón en un par están vinculados (entrelazados), independientemente de su distancia de separación.

Con cada frecuencia (o color) que representa una dimensión, los fotones se generan en el chip como un estado cuántico de alta dimensión (quDit). Hasta ahora, La ciencia de la información cuántica se ha centrado en gran medida en la explotación de qubits, basado en sistemas bidimensionales donde se superponen dos estados (por ejemplo, 0 Y 1 al mismo tiempo, en contraste con los bits clásicos, que son 0 O 1 en cualquier momento). Trabajar en el dominio de la frecuencia permite la superposición de muchos más estados (por ejemplo, un fotón de alta dimensión puede ser rojo Y amarillo Y verde Y azul, aunque los fotones utilizados aquí fueron infrarrojos para compatibilidad con telecomunicaciones), mejorando la cantidad de información en un solo fotón.

Hasta la fecha, Profesor Roberto Morandotti, quien lidera el equipo de investigación del INRS, confirma la realización de un sistema cuántico con al menos cien dimensiones utilizando este enfoque, y la tecnología desarrollada es fácilmente ampliable para crear sistemas de dos quDit con más de 9, 000 dimensiones (correspondientes a 12 qubits y más, comparable al estado de la técnica en plataformas significativamente más caras / complejas).

El uso del dominio de la frecuencia para tales estados cuánticos permite su fácil transmisión y manipulación en sistemas de fibra óptica. "Al fusionar los campos de la óptica cuántica y el procesamiento óptico ultrarrápido, Hemos demostrado que la manipulación de alta dimensión de estos estados es posible utilizando elementos de telecomunicaciones estándar como moduladores y filtros de frecuencia. "destaca el experto en sistemas de telecomunicaciones el profesor José Azaña, co-supervisor de la investigación realizada.

Hasta ahora, Los avances en tecnologías establecidas para el sector de las telecomunicaciones se dirigieron a la manipulación de señales clásicas. Esta investigación es un cambio de juego:los avances se pueden transferir inmediatamente a la ciencia cuántica y permitirán directamente investigaciones fundamentales de las características del estado cuántico de alta dimensión. aplicaciones en comunicaciones cuánticas basadas en fibra de alfabeto grande, y el desarrollo futuro del dominio de la frecuencia, puertas lógicas cuánticas de alta dimensión y otras aplicaciones.

Los principales autores Michael Kues y Christian Reimer señalan que lo más destacado de la plataforma demostrada es su accesibilidad:es fácil de construir y explota los componentes utilizados en los sistemas de telecomunicaciones estándar que están disponibles comercialmente en todas partes. Por lo tanto, A corto plazo, investigadores de todo el mundo podrán incorporar e impulsar esta tecnología, permitiendo un salto en el desarrollo de aplicaciones cuánticas prácticas.