Un chip fotónico con no menos de 128 componentes sintonizables demuestra ser una verdadera "navaja suiza" informática con una variedad de aplicaciones. Durante su investigación sobre la medición de longitudes de onda de luz usando este chip fotónico, Caterina Taballione, de la Universidad de Twente, se encontró con otra aplicación por casualidad:enviando fotones individuales a través del sistema en lugar de luz continua, los componentes ópticos pueden realizar operaciones cuánticas, así como. El mismo chip funciona como procesador cuántico fotónico.

La manipulación de la luz en un chip ahora es posible en un nivel muy avanzado, especialmente usando combinaciones de materiales. Los investigadores pueden construir guías de ondas ópticas con pérdidas muy bajas utilizando nitruro de silicio, o fuentes de luz láser muy estrechas que utilizan fosfuro de indio. El chip que Caterina Taballione presenta en su tesis contiene muchos componentes que pueden dividir o combinar la luz en y desde canales separados, similar a un patio de ferrocarril. También tiene resonadores en forma de anillo que pueden funcionar como filtro. La fuerza radica en el hecho de que los componentes se pueden controlar desde el exterior, haciendo que el chip sea flexible y programable. También tiene aplicaciones en fotónica cuántica.

Control de temperatura

Los componentes se controlan mediante temperatura. El chip tiene muchos de los llamados interferómetros Mach-Zehnder que pueden dividir la luz de uno a dos canales conductores de luz:guías de ondas. Antes de que ambos canales se reincorporen, uno de ellos se puede controlar aplicando una variación de temperatura. El resultado es que las señales de ambos canales no son las mismas:tienen fases diferentes. Los componentes en forma de anillo también se pueden controlar por temperatura. De este modo, Taballione pudo presentar una forma muy precisa de medir las longitudes de onda de la luz. Para esto, ella combina el control de temperatura con una red neuronal artificial.

5G

El sistema es altamente reconfigurable. Esto lo hace aplicable en el próximo estándar móvil 5G. En este estándar, las señales inalámbricas deben dirigirse desde una estación base a un usuario con mucha precisión. Calculando la mejor combinación de antenas para hacer esto, llamado "formación de vigas, "suele ser una tarea que el nuevo chip puede realizar rápidamente, con alta eficiencia energética.

Procesamiento cuántico

Todas estas son aplicaciones poderosas que muestran el potencial del chip fotónico. Pero, ¿qué pasa con el caso de fotones individuales detectables por separado en las entradas en lugar de una fuente de luz continua? En ese caso, los componentes soportan efectos cuánticos típicos como la coalescencia, entrelazamiento y superposición. Los fotones detectados en las salidas son el resultado del procesamiento cuántico utilizando el control de temperatura de los componentes. Aunque una fuente de luz de fotón único y un detector normalmente funcionan a bajas temperaturas, el propio procesador cuántico funciona a temperatura ambiente.

Computación cuántica usando fotones, por lo tanto, tiene una ventaja sobre el uso de qubits, que solo funcionan a temperaturas muy frías. Esto convierte al chip en una poderosa plataforma para experimentos cuánticos, especialmente cuando se amplía aún más el número de entradas y salidas, y por lo tanto, el número de componentes. La inclusión de una única fuente de luz de fotones y un detector también haría que el sistema fuera más potente. Por lo tanto, los científicos de UT involucrados fundaron una nueva empresa llamada QuiX, para que el chip esté ampliamente disponible para otros científicos y departamentos de I + D.