Para que las tecnologías ópticas cuánticas sean más prácticas, Existe la necesidad de una integración a gran escala de circuitos fotónicos cuánticos en chips.

Esta integración requiere ampliar los bloques de construcción clave de estos circuitos, fuentes de partículas de luz, producidas por emisores ópticos cuánticos únicos.

Los ingenieros de la Universidad de Purdue crearon un nuevo método asistido por aprendizaje automático que podría hacer que el desarrollo de circuitos fotónicos cuánticos sea más eficiente al preseleccionar rápidamente estos emisores cuánticos de estado sólido.

El trabajo se publica en la revista Tecnologías cuánticas avanzadas .

Investigadores de todo el mundo han estado explorando diferentes formas de fabricar fuentes cuánticas idénticas "trasplantando" nanoestructuras que contienen emisores ópticos cuánticos únicos en chips fotónicos convencionales.

"Con el creciente interés en la realización escalable y la creación rápida de prototipos de dispositivos cuánticos que utilizan grandes conjuntos de emisores, alta velocidad, Se hace necesaria una preselección robusta de emisores adecuados, "dijo Alexandra Boltasseva, Ron Purdue y Dotty Garvin Tonjes Profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática.

Los emisores cuánticos producen luz con propiedades no clásicas que se pueden utilizar en muchos protocolos de información cuántica.

El desafío es que la interconexión de la mayoría de los emisores cuánticos de estado sólido con las plataformas fotónicas escalables existentes requiere técnicas de integración complejas. Antes de integrar, Los ingenieros deben identificar primero los emisores brillantes que producen fotones individuales rápidamente, bajo demanda y con una frecuencia óptica específica.

La preselección del emisor basada en la "pureza de un solo fotón", que es la capacidad de producir solo un fotón a la vez, generalmente toma varios minutos para cada emisor. Es posible que sea necesario analizar miles de emisores antes de encontrar un candidato de alta calidad adecuado para la integración de chips cuánticos.

Para acelerar el cribado basado en la pureza de un solo fotón, Los investigadores de Purdue entrenaron una máquina para reconocer patrones prometedores en la emisión de un solo fotón en una fracción de segundo.

Según los investigadores, Encontrar rápidamente los emisores de fotón único más puros dentro de un conjunto de miles sería un paso clave hacia el montaje práctico y escalable de grandes circuitos fotónicos cuánticos.

"Dado un estándar de pureza de fotones que los emisores deben cumplir, Hemos enseñado a una máquina a clasificar los emisores de fotón único como suficientemente o insuficientemente 'puros' con un 95% de precisión, basado en datos mínimos adquiridos en solo un segundo, "dijo Zhaxylyk Kudyshev, un investigador postdoctoral de Purdue.

Los investigadores encontraron que el método convencional de medición de la pureza de fotones utilizado para la misma tarea tardó 100 veces más en alcanzar el mismo nivel de precisión.

"El enfoque de aprendizaje automático es una técnica tan versátil y eficiente porque es capaz de extraer la información del conjunto de datos que el procedimiento de ajuste generalmente ignora. "Dijo Boltasseva.

Los investigadores creen que su enfoque tiene el potencial de hacer avanzar dramáticamente la mayoría de las mediciones ópticas cuánticas que pueden formularse como problemas de clasificación binaria o multiclase.

"Nuestra técnica podría, por ejemplo, Acelerar los métodos de microscopía de superresolución basados ​​en mediciones de correlación de orden superior que actualmente están limitadas por largos tiempos de adquisición de imágenes. "Dijo Kudyshev.