Un solo qubit central en T en la red de silicio (renderizado), que admite el primer giro único que se observa ópticamente en el silicio. Los constituyentes del centro T (dos átomos de carbono y un átomo de hidrógeno) se muestran en naranja, y el espín del electrón ópticamente direccionable está en azul pálido brillante. Crédito:Fotónico
Investigadores de la Universidad Simon Fraser han logrado un avance crucial en el desarrollo de la tecnología cuántica.
Su investigación, publicada en Nature hoy, describe sus observaciones de más de 150 000 qubits de espín de fotones de "centro T" de silicio, un hito importante que desbloquea oportunidades inmediatas para construir computadoras cuánticas escalables masivamente y la Internet cuántica que las conectará.
La computación cuántica tiene un enorme potencial para proporcionar una potencia informática mucho más allá de las capacidades de las supercomputadoras actuales, lo que podría permitir avances en muchos otros campos, como la química, la ciencia de los materiales, la medicina y la ciberseguridad.
Para que esto sea una realidad, es necesario producir qubits estables y duraderos que proporcionen potencia de procesamiento, así como la tecnología de comunicaciones que permita que estos qubits se vinculen entre sí a escala.
Investigaciones anteriores han indicado que el silicio puede producir algunos de los qubits más estables y duraderos de la industria. Ahora, la investigación publicada por Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian y los coautores proporciona una prueba del principio de que los centros T, un defecto luminiscente específico en el silicio, pueden proporcionar un "vínculo fotónico" entre qubits. Esto surge del Laboratorio de Tecnología Cuántica de Silicio de SFU en el Departamento de Física de SFU, codirigido por Stephanie Simmons, Presidenta de Investigación de Canadá en Tecnologías Cuánticas de Silicio y Michael Thewalt, Profesor Emérito.
Una matriz de dispositivos fotónicos integrados, utilizados para realizar la primera medición de un solo giro totalmente óptica en silicio. Un solo giro luminiscente se representa en el centro de cada 'micropuck'. Una flecha en espiral indica el acoplamiento fotónico de uno de estos qubits giratorios. Crédito:Fotónico
"Este trabajo es la primera medición de centros T únicos de forma aislada y, de hecho, la primera medición de cualquier espín único en silicio que se realiza solo con mediciones ópticas", dice Stephanie Simmons.
"Un emisor como el centro T que combina qubits de espín de alto rendimiento y generación de fotones ópticos es ideal para hacer computadoras cuánticas escalables y distribuidas, porque pueden manejar el procesamiento y las comunicaciones juntas, en lugar de tener que interconectar dos tecnologías cuánticas diferentes". uno para procesamiento y otro para comunicaciones", dice Simmons.
Además, los centros T tienen la ventaja de emitir luz en la misma longitud de onda que utilizan los equipos de redes de telecomunicaciones y comunicaciones de fibra metropolitanas actuales.
Una imagen de microscopio óptico de una matriz de dispositivos fotónicos integrados, utilizada para realizar la primera medición de un solo giro totalmente óptica en silicio. Decenas de miles de estos dispositivos 'micropuck' se fabricaron en un solo chip fotónico de silicio. Crédito:Fotónico
"Con los centros T, puede construir procesadores cuánticos que se comunican inherentemente con otros procesadores", dice Simmons. "Cuando su qubit de silicio puede comunicarse mediante la emisión de fotones (luz) en la misma banda que se usa en los centros de datos y las redes de fibra, obtiene estos mismos beneficios para conectar los millones de qubits necesarios para la computación cuántica".
El desarrollo de tecnología cuántica con silicio brinda oportunidades para escalar rápidamente la computación cuántica. La industria global de semiconductores ya puede fabricar chips de computadora de silicio a escala económica, con un grado asombroso de precisión. Esta tecnología forma la columna vertebral de la informática y las redes modernas, desde los teléfonos inteligentes hasta las supercomputadoras más poderosas del mundo.
Los datos que revelan la primera observación óptica de espines en silicio. Los escaneos de dos láseres de un solo giro revelan picos centrales característicos de división de giro; aquí los datos experimentales se visualizan como un mosaico extruido. Crédito:Fotónico
Los datos que revelan la primera observación óptica de espines en silicio. Los escaneos de dos láseres de un solo giro revelan picos centrales característicos de división de giro; aquí los datos experimentales se visualizan como un mapa de calor de mosaico. Crédito:Fotónico
"Al encontrar una manera de crear procesadores de computación cuántica en silicio, puede aprovechar todos los años de desarrollo, conocimiento e infraestructura utilizados para fabricar computadoras convencionales, en lugar de crear una industria completamente nueva para la fabricación cuántica", dice Simmons. "Esto representa una ventaja competitiva casi insuperable en la carrera internacional por una computadora cuántica". Se ha realizado un estado entrelazado de tres qubits en una matriz totalmente controlable de qubits giratorios en silicio
