En años recientes, Los osciladores mecánicos nanofabricados han surgido como una plataforma prometedora para aplicaciones de información cuántica. El entrelazamiento cuántico de resonadores optomecánicos diseñados ofrecería una ruta convincente hacia redes cuánticas escalables. Investigadores de la TU Delft y la Universidad de Viena han observado este enredo e informan sus hallazgos en la edición de esta semana de Naturaleza .

Las vibraciones se comportan como ondas, pero la mecánica cuántica también predice que el movimiento ondulatorio consiste en pequeños paquetes discretos de energía llamados fonones. En septiembre de 2017, el equipo de investigadores de la TU Delft y la Universidad de Viena demostró un nuevo nivel de control cuántico sobre estas vibraciones utilizando pulsos de láser. Crearon excitaciones de fonones individuales y confirmaron su aspecto de partícula fundamental. La creación y verificación de estos fonones individuales fue un paso importante hacia el control cuántico óptico completo del movimiento mecánico.

Ahora, han dado un importante paso siguiente al crear un entrelazamiento entre dos de estos resonadores micromecánicos mediados por fotones de "telecomunicaciones". El entrelazamiento se conoce como la "acción espeluznante a distancia" entre dos objetos que solo se puede describir con la teoría cuántica.

"El entrelazamiento es un recurso crucial para las redes de comunicación cuántica, "dice el profesor Simon Gröblacher del Instituto Kavli de Nanociencia en TU Delft." Particularmente importante es la capacidad de distribuir entrelazamientos entre memorias cuánticas remotas. Realizaciones anteriores han utilizado sistemas como átomos incrustados en cavidades, pero aquí, presentamos una plataforma de estado sólido puramente nanofabricada en forma de microrresonadores basados ​​en chips:pequeños haces de silicio que confinan simultáneamente la luz y las vibraciones. Al extender el control de cuantos mecánicos individuales a múltiples dispositivos, demostramos el enredo entre estos dispositivos micromecánicos en dos chips que están separados por 20 cm ".

Los dispositivos utilizados consisten en haces de silicio del tamaño de un micrómetro. Están modelados de tal manera que sus vibraciones se pueden "escribir" en pulsos de láser que viajan a través de ellos y viceversa. Los rayos vibrantes constan de 8 mil millones de átomos cada uno, son del tamaño de una celda, y, por lo tanto, se puede ver fácilmente con una lupa o un microscopio.

"Los dispositivos optomecánicos nanomáquinas son una plataforma muy prometedora para el procesamiento integrado de información cuántica con fonones, como los parámetros del sistema, como la longitud de onda de conversión óptica y los tiempos de memoria cuántica, se puede adaptar libremente a través del diseño. Por ejemplo, Elegimos deliberadamente la longitud de onda óptica del dispositivo para estar en la banda de telecomunicaciones, que se utiliza normalmente en la distribución de Internet de gran ancho de banda. De este modo, mostramos que las redes cuánticas podrían construirse utilizando fibra óptica convencional en combinación con nuestros dispositivos, "dice el Dr. Sungkun Hong de la Universidad de Viena.

Otra ventaja clave es que sus dispositivos pueden integrarse en un chip junto con otros sistemas cuánticos de estado sólido. Los autores, por ejemplo, esperan que sus dispositivos puedan potencialmente interconectarse con circuitos cuánticos superconductores y usarse como "puertos ethernet" cuánticos que transfieren información cuántica entre los circuitos y las señales ópticas.

"El siguiente paso será construir una red que consista en más haces y que trabaje en cientos de metros, tal vez incluso varios kilómetros, acercándonos a la realización de un sistema que se puede utilizar para aplicaciones cuánticas reales, ", dice el profesor Gröblacher." No vemos obstáculos fundamentales para dar estos pasos en los próximos años ".