Los científicos han desarrollado un chip fotónico topológico para procesar información cuántica, prometiendo una opción más robusta para computadoras cuánticas escalables.

El equipo de investigación dirigido por el Dr. Alberto Peruzzo de la Universidad RMIT, ha demostrado por primera vez que la información cuántica se puede codificar, procesado y transferido a distancia con circuitos topológicos en el chip. La investigación se publica en Avances de la ciencia .

El avance podría conducir al desarrollo de nuevos materiales, computadoras de nueva generación y conocimientos más profundos de la ciencia fundamental.

En colaboración con científicos del Politecnico di Milano y ETH Zurich, Los investigadores utilizaron fotónica topológica, un campo en rápido crecimiento que tiene como objetivo estudiar la física de las fases topológicas de la materia en un contexto óptico novedoso, para fabricar un chip con un "divisor de haz" que crea una puerta cuántica fotónica de alta precisión.

"Anticipamos que el nuevo diseño de chip abrirá el camino al estudio de los efectos cuánticos en materiales topológicos y a una nueva área de procesamiento cuántico topológicamente robusto en la tecnología fotónica integrada". "dice Peruzzo, Investigador Jefe del Centro de Excelencia ARC para Tecnología de Computación y Comunicación Cuántica (CQC2T) y Director, Laboratorio de Fotónica Cuántica, RMIT.

"La fotónica topológica tiene la ventaja de no requerir campos magnéticos fuertes, y presentan una coherencia intrínsecamente alta, operación a temperatura ambiente y fácil manipulación ”dice Peruzzo.

"Estos son requisitos esenciales para la ampliación de las computadoras cuánticas".

Replicando el conocido experimento Hong-Ou-Mandel (HOM), que toma dos fotones, los constituyentes últimos de la luz, e interferirlos de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica:el equipo pudo usar el chip fotónico para demostrar, por primera vez, que los estados topológicos pueden sufrir interferencias cuánticas de alta fidelidad.

La interferencia HOM se encuentra en el corazón de la computación cuántica óptica, que es muy sensible a los errores. Los estados protegidos topológicamente podrían agregar robustez a la comunicación cuántica, disminución del ruido y los defectos que prevalecen en la tecnología cuántica. Esto es particularmente atractivo para el procesamiento óptico de información cuántica.

"La investigación anterior se había centrado en la fotónica topológica utilizando luz láser 'clásica', que se comporta como una onda clásica. Aquí usamos fotones individuales, que se comportan de acuerdo con la mecánica cuántica ", dice el autor principal, Jean-Luc Tambasco, Doctor. estudiante en RMIT.

Demostrar la interferencia cuántica de alta fidelidad es un precursor de la transmisión de datos precisos utilizando fotones individuales para comunicaciones cuánticas, un componente vital de una red cuántica global.

"Este trabajo cruza los dos campos prósperos de la tecnología cuántica y los aislantes topológicos y puede conducir al desarrollo de nuevos materiales, Computadoras de nueva generación y ciencia fundamental ”dice Peruzzo.

La investigación es parte del Programa de Procesador Cuántico Fotónico en CQC2T. El Centro de Excelencia está desarrollando enfoques paralelos utilizando procesadores ópticos y de silicio en la carrera por desarrollar el primer sistema de computación cuántica.

Los investigadores australianos de CQC2T han establecido un liderazgo global en información cuántica. Habiendo desarrollado tecnologías únicas para manipular la materia y la luz a nivel de átomos y fotones individuales, el equipo ha demostrado la máxima fidelidad, qubits de tiempo de coherencia más largo en estado sólido; la memoria cuántica de mayor duración en estado sólido; y la capacidad de ejecutar algoritmos a pequeña escala en qubits fotónicos.