Las computadoras cuánticas utilizan los fundamentos de la mecánica cuántica para acelerar potencialmente el proceso de resolución de cálculos complejos. Suponga que necesita realizar la tarea de buscar un número específico en una guía telefónica. Una computadora clásica buscará en cada línea de la guía telefónica hasta que encuentre una coincidencia. Una computadora cuántica podría buscar en toda la guía telefónica al mismo tiempo evaluando cada línea simultáneamente y devolver un resultado mucho más rápido.

La diferencia de velocidad se debe a la unidad básica de la computadora para procesar información. En una computadora clásica, esa unidad básica se llama bit, un pulso eléctrico u óptico que representa 0 o 1. La unidad básica de una computadora cuántica es un qubit, que puede representar numerosas combinaciones de valores de 0 y 1 al mismo tiempo. Es esta característica la que puede permitir que las computadoras cuánticas aceleren los cálculos. La desventaja de los qubits es que existen en un estado cuántico frágil que es vulnerable al ruido ambiental. como cambios de temperatura. Como resultado, La generación y gestión de qubits en un entorno controlado plantea importantes desafíos para los investigadores.

El ingeniero de UC Santa Bárbara, Galan Moody, un profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática, ha propuesto una solución para superar la escasa eficiencia y rendimiento de los prototipos de computación cuántica existentes que utilizan la luz para codificar y procesar información. Los sistemas ópticos son atractivos porque enlazan naturalmente la computación cuántica y las redes en el mismo marco físico. Sin embargo, la tecnología existente todavía requiere operaciones ópticas fuera del chip, que reducen drásticamente la eficiencia, rendimiento y escalabilidad. En su proyecto, "Fotónica de silicio / III-V heterogénea para todo en chip:Computación cuántica óptica lineal, "Moody tiene como objetivo crear una plataforma de computación cuántica óptica en la que todos los componentes esenciales estén integrados en un solo chip semiconductor.

"Los circuitos electrónicos integrados permitieron avances revolucionarios en la computación clásica. Nuestro objetivo es crear circuitos fotónicos integrados que tengan el mismo impacto en la computación cuántica, "dijo Moody, quien se unió a la Facultad de Ingeniería de UCSB este otoño después de pasar seis años en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología como becario postdoctoral e investigador científico. "Esto podría conducir a una mejora dramática en la eficiencia y la velocidad de procesamiento y permitir métodos completamente nuevos de procesar y transmitir información usando la luz".

El proyecto de investigación de Moody's ahora ha recibido un impulso significativo de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. Es uno de los 40 científicos de carrera temprana seleccionados para un Premio al Joven Investigador 2019 de la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. Los ganadores reciben $ 450, 000 durante tres años para apoyar su trabajo. El programa está destinado a fomentar la investigación de científicos jóvenes que respalde la misión de la Fuerza Aérea de controlar y maximizar la utilización del aire, espacio y ciberespacio, así como desafíos relacionados en ciencia e ingeniería.

"Es un honor estar entre este grupo de talentosos premiados, y estoy agradecido por haber sido seleccionado, ", dijo Moody." Este premio permitirá que mi grupo de investigación tenga un impacto más significativo en el apasionante y rápidamente cambiante panorama de la información cuántica ".

Para desarrollar un sistema totalmente eléctrico, plataforma fotónica cuántica todo en chip, Moody propone integrar tres tecnologías que se han desarrollado para diferentes plataformas y aplicaciones. Los componentes son fuentes de fotón único de puntos cuánticos accionadas eléctricamente, fotónica basada en silicio para operaciones ópticas, y detectores de fotón único de nanocables superconductores.

"Usaremos modelos físicos para guiar el diseño y la fabricación del dispositivo, ", dijo." La espectroscopia óptica cuántica nos dará una idea de las propiedades de los materiales y las fuentes de ruido, e interferómetros ópticos en chip permitirán realizar mediciones que nos permitan mejorar la pureza del material, monitorear la fuente de luz y realizar cálculos. Por último, queremos comprender mejor y aprovechar las ventajas que la mecánica cuántica puede proporcionar para la informática y las redes ".

Según Moody, la nueva tecnología también podría tener impactos transformadores en áreas como fuentes de luz cuántica llave en mano para comunicaciones seguras, y para reducir el tamaño, peso y consumo de energía de dispositivos fotónicos clásicos como láseres y LED.