Un proyecto de la UE que trabaja con óptica ultrarrápida, promueve el control sobre los estados cuánticos espacio-temporales de la luz, el avance de la ciencia de la información cuántica.

La ciencia de la información cuántica (QIS) ofrece muchas esperanzas de mejorar la metrología, así como la información, Sistemas de comunicaciones y tecnología (ITC). Sin embargo, el grado de control sobre los estados cuánticos necesario para hacer que el enfoque sea superior a las técnicas convencionales, hace que la realización del potencial de la tecnología sea especialmente desafiante. Los llamados 'estados comprimidos en sistemas de variables continuas' se han postulado como un enfoque que podría traer éxito para un mejor control de los estados cuánticos. en parte porque se cree que estos sistemas son escalables.

El proyecto financiado con fondos europeos QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement), exploró el uso de tales estados comprimidos, o estados multifotónicos, en diferentes modos temporales basados ​​en dispositivos ópticos integrados. En un artículo publicado recientemente en la revista 'Philosophical Transactions A' de la Royal Society, los investigadores analizan los límites actuales de compresión de la guía de ondas y los límites de pérdida en el proceso de conversión.

Enredando estados exprimidos

Los autores del artículo señalan que en las últimas décadas, Se ha logrado un progreso significativo en guías de ondas de baja pérdida. Detectores de número de fotones y procesos no lineales muy eficientes. Adicionalmente, gracias al éxito del proceso óptico no lineal conocido como 'conversión de frecuencia de suma diseñada', Ahora es posible el funcionamiento en modos de banda ancha temporales arbitrarios. Esto abre el grado de libertad espectral para la codificación de información, a menudo en los modos temporales de un solo fotón.

QCUMBER examinó la posibilidad de combinar, en un sistema de guía de ondas, conversión de frecuencia de compresión y de modo selectivo. Al crear una analogía entre las puertas de pulso cuántico (QPG, circuitos cuánticos básicos) y las redes espaciales, permitieron una visualización del proceso para entrelazar estados comprimidos o construir estados complejos de variables continuas multimodo.

En cuanto a la compresión que se puede lograr en una sola pasada de KTP, guía de ondas monomodo, el equipo descubrió que era posible apretar hasta 20 decibeles, pero el complicado comportamiento del proceso, resultó en una degradación significativa, limitando la eficiencia de conversión por debajo del 90%. Sin embargo, señalan que esto sigue siendo prometedor para el futuro de la tecnología. Continúan argumentando que para aplicaciones donde una baja eficiencia de conversión es suficiente, esto no presenta ningún problema y la adaptación de fases se puede diseñar utilizando un modelo simple sin la necesidad de potencia de bomba.

En el dominio espectral, el equipo también logró el entrelazamiento en una estructura de peine de frecuencia de onda continua de hasta 60 modos temporales y alrededor de 10 modos en un pulso, sistema ultrarrápido. Informan que una vez que la compresión puede alcanzar ciertos umbrales, la corrección de errores para la computación cuántica es posible, que impulsará la ciencia hacia adelante.

Aprovechando escalas de tiempo extremas y amplios espectros

Los pulsos de luz ultrarrápidos ofrecen oportunidades para comprender mejor la dinámica del sistema subyacente en escalas de tiempo de muy corta duración. El aprovechamiento de los atributos cuánticos de la luz ha avanzado el conocimiento fundamental de la física obtenido a través de la experimentación y ha sido clave para el progreso en la comunicación cuántica y la metrología cuántica. En efecto, La metrología de alta precisión ha sido posible mediante la explotación de la estructura de peine de frecuencia amplia que crean los trenes de pulsos de luz ultrarrápidos.

QCUMBER se creó para investigar más a fondo las oportunidades que podrían existir dentro de la relación entre las propiedades cuánticas de la luz en escalas de tiempo extremas y en espectros extremadamente amplios. La explotación de la estructura de los pulsos cuánticos ultrarrápidos permitirá mediciones de tiempo-frecuencia cada vez más precisas e introducirá innovación para el procesamiento de información cuántica escalable.