Es otro paso en el camino hacia el desarrollo de aplicaciones de procesamiento de información cuántica:un experimento clave logró ir más allá de los límites previamente definidos para las aplicaciones de fotones. Anahita Khodadad Kashi y el Prof. Dr. Michael Kues del Instituto de Fotónica y el Grupo de Excelencia PhoenixD de la Universidad Leibniz de Hannover (Alemania) han demostrado un efecto de interferencia novedoso. Los científicos han demostrado así que se pueden aprovechar nuevas redes fotónicas codificadas por colores, y se puede escalar el número de fotones involucrados. "Este descubrimiento podría permitir nuevos puntos de referencia en la comunicación cuántica, operaciones computacionales de computadoras cuánticas, así como técnicas de medición cuántica y es factible con la infraestructura de telecomunicaciones ópticas existente, "dice Kues.

El experimento decisivo se realizó con éxito en el Laboratorio de Fotónica Cuántica (QPL) recientemente establecido del Instituto de Fotónica y el Centro de Tecnologías Ópticas de Hannover en la Universidad Leibniz de Hannover. Anahita Khodadad Kashi logró interferir mecánicamente cuánticamente fotones puros generados independientemente con diferentes colores, es decir., frecuencias. Khodadad Kashi detectó un efecto llamado Hong-Ou-Mandel.

La interferencia de Hong-Ou-Mandel es un efecto fundamental de la óptica cuántica que forma la base de muchas aplicaciones de procesamiento de información cuántica, desde la computación cuántica hasta la metrología cuántica. El efecto describe cómo se comportan dos fotones cuando chocan en un divisor de haz espacial y explica el fenómeno de la interferencia mecánica cuántica.

Los investigadores ahora han realizado un divisor de haz de frecuencia utilizando componentes de telecomunicaciones y demuestran el efecto Hong-Ou-Mandel por primera vez entre dos fotones generados independientemente en el dominio de la frecuencia. A diferencia de otras dimensiones, como la polarización (plano de oscilación del campo eléctrico) o la posición del fotón (localización espacial), la frecuencia es mucho menos susceptible a interferencias. "Nuestro enfoque permite la configuración flexible y el acceso a sistemas de alta dimensión, que puede conducir a sistemas cuánticos controlables a gran escala en el futuro, ", dice Kues. Este fenómeno de interferencia de dos fotones puede servir como base para una Internet cuántica, comunicación no clásica y ordenadores cuánticos. En otras palabras, los resultados podrían usarse para redes cuánticas basadas en frecuencia. Otra característica notable del nuevo descubrimiento es que este aumento en el rendimiento podría usarse con la infraestructura existente, es decir, conexiones de fibra óptica estándar para conectarse a Internet. Por tanto, el uso de tecnologías cuánticas en el hogar podría teóricamente ser posible en el futuro.

"Me complació mucho que nuestro experimento pudiera demostrar el efecto Hong-Ou-Mandel en el dominio de la frecuencia, ", dice Khodadad Kashi. La investigadora se mudó a Hannover en 2019 después de completar su maestría en ingeniería eléctrica, centrándose en fotónica en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Irán en Teherán. Desde entonces, ha reforzado el equipo de siete miembros del Prof. Kues. Kues ha sido profesor en la Universidad Leibniz de Hannover desde la primavera de 2019 y está investigando el desarrollo de tecnologías cuánticas fotónicas utilizando micro y nanofotónica en el Cluster of Excellence PhoenixD. En el futuro, Kashi y Kues continuarán su investigación sobre el tema de la interferencia espectral de Hong-Ou-Mandel. "Me gustaría ampliar el experimento actual para aprovechar el efecto demostrado para el procesamiento de información cuántica, "dice Khodadad Kashi.