Un equipo internacional de científicos e ingenieros cuánticos dirigido por la Universidad de Bristol y que involucra a grupos de China, Dinamarca, España, Alemania y Polonia, han realizado un dispositivo fotónico cuántico de silicio avanzado a gran escala que puede entrelazar fotones a niveles increíbles de precisión.

Mientras que el hardware cuántico estándar entrelaza partículas en dos estados, el equipo ha encontrado una manera de generar y entrelazar pares de partículas que tienen 15 estados cada una.

El chip fotónico integrado establece un nuevo estándar de complejidad y precisión de la fotónica cuántica, con aplicaciones inmediatas para tecnologías cuánticas.

La fotónica cuántica integrada permite el enrutamiento y el control de partículas individuales de luz con una estabilidad y precisión intrínsecamente altas. sin embargo, hasta la fecha se ha limitado a demostraciones a pequeña escala en las que solo se integra una pequeña cantidad de componentes en un chip.

La ampliación de estos circuitos cuánticos es de suma importancia para aumentar la complejidad y el poder computacional de las tecnologías modernas de procesamiento de información cuántica. abriendo la posibilidad de muchas aplicaciones revolucionarias.

El equipo, dirigido por científicos de los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica de la Universidad de Bristol (QET Labs) ha demostrado el primer circuito fotónico cuántico integrado a gran escala, que integra cientos de componentes esenciales, puede generar, controle y analice enredos de alta dimensión con un nivel de precisión sin precedentes.

El chip cuántico se realizó utilizando una tecnología fotónica de silicio escalable, similar a los circuitos electrónicos de hoy, lo que proporcionaría un camino para fabricar componentes masivos para la realización de una computadora cuántica óptica.

La obra, en colaboración con la Universidad de Pekín, Universidad Técnica de Dinamarca (DTU), Institut de Ciencies Fotoniques (ICFO), Instituto Max Planck, Centro de Física Teórica de la Academia de Ciencias de Polonia, y la Universidad de Copenhague, ha sido publicado hoy en la revista Ciencias .

El control coherente y preciso de grandes dispositivos cuánticos y complejos sistemas de entrelazamiento multidimensional ha sido una tarea desafiante debido a las complejas interacciones de partículas correlacionadas en grandes sistemas cuánticos. Recientemente se ha informado de un progreso significativo hacia la realización de dispositivos cuánticos a gran escala en una variedad de plataformas, incluidos los fotones, superconductores, iones, puntos y defectos.

En particular, la fotónica representa un enfoque prometedor para codificar y procesar de forma natural estados qudit multidimensionales en los diferentes grados de libertad del fotón.

En este trabajo, Se demuestra un sistema enredado multidimensional codificado en ruta programable con una dimensión de hasta 15 × 15, donde dos fotones existen sobre 15 trayectorias ópticas al mismo tiempo y están entrelazados entre sí.

Este entrelazamiento multidimensional se realiza mediante la explotación de circuitos cuánticos de silicio-fotónica, integrando en un solo chip, 550 componentes ópticos, incluyendo 16 fuentes idénticas de pares de fotones, 93 desplazadores de fase ópticos, 122 divisores de haz.

Autor principal, Dr. Jianwei Wang, dijo:"Es la madurez de la fotónica de silicio actual lo que nos permite escalar la tecnología y alcanzar una integración a gran escala de circuitos cuánticos.

"Esto es lo más hermoso de la fotónica cuántica en el silicio. Nuestro chip cuántico nos permite alcanzar niveles sin precedentes de precisión y control del entrelazamiento multidimensional". un factor clave en muchas tareas de información cuántica de la informática y la comunicación ".

Investigador senior, autor correspondiente Yunhong Ding de DTU, Centro de fotónica de silicio para comunicación óptica (SPOC), agregó:"Las nuevas tecnologías siempre permiten nuevas aplicaciones.

"Las capacidades de nuestras tecnologías integradas de fotónica de silicio en DTU permiten a gran escala, chips de procesamiento de información cuántica altamente estables, que nos permiten observar correlaciones cuánticas multidimensionales de alta calidad, incluidas violaciones de dirección Bell y EPR generalizadas, y también para implementar protocolos cuánticos multidimensionales inexplorados experimentalmente:expansión de aleatoriedad multidimensional y autoprueba de estado ".

Dr. Anthony Laing, académico principal en QETLabs de Bristol y autor correspondiente, dijo:"El entrelazamiento es una característica fascinante de la mecánica cuántica y una que aún no comprendemos completamente. Este dispositivo y las generaciones futuras de chips de creciente complejidad y sofisticación nos permitirán explorar este reino de la ciencia cuántica y hacer nuevos descubrimientos".

Profesor Mark Thompson, líder del equipo de Bristol, agregó:"Hemos utilizado las mismas herramientas y técnicas de fabricación que se explotan en la industria microelectrónica actual para realizar nuestro microchip fotónico cuántico de silicio. Sin embargo, a diferencia de los circuitos electrónicos convencionales que utilizan el comportamiento clásico de los electrones, nuestros circuitos explotan las propiedades cuánticas de una sola partícula de luz. Este enfoque de fotónica de silicio para las tecnologías cuánticas proporciona un camino claro para escalar a los muchos millones de componentes que en última instancia se necesitan para aplicaciones de computación cuántica a gran escala ".