Por primera vez, los investigadores han generado con éxito una luz fuertemente no clásica utilizando una fuente de luz modular basada en una guía de ondas. El logro representa un paso crucial hacia la creación de computadoras cuánticas ópticas más rápidas y prácticas.

"Nuestro objetivo es mejorar drásticamente el procesamiento de la información mediante el desarrollo de computadoras cuánticas más rápidas que puedan realizar cualquier tipo de cálculo sin errores", dijo Kan Takase, miembro del equipo de investigación de la Universidad de Tokio. "Aunque hay varias formas de crear una computadora cuántica, los enfoques basados ​​en la luz son prometedores porque el procesador de información puede operar a temperatura ambiente y la escala informática se puede expandir fácilmente".

En la revista Optica Publishing Group Optics Express , un equipo multiinstitucional de investigadores de Japón describe el módulo amplificador paramétrico óptico (OPA) de guía de ondas que crearon para experimentos cuánticos. La combinación de este dispositivo con un detector de fotones especialmente diseñado les permitió generar un estado de luz conocido como gato de Schrödinger, que es una superposición de estados coherentes.

"Nuestro método para generar luz cuántica se puede utilizar para aumentar la potencia informática de las computadoras cuánticas y hacer que el procesador de información sea más compacto", dijo Takase. "Nuestro enfoque supera a los métodos convencionales, y la guía de onda modular OPA es fácil de operar e integrar en las computadoras cuánticas".

Generando una luz fuertemente no clásica

La luz comprimida de onda continua se utiliza para generar los diversos estados cuánticos necesarios para realizar la computación cuántica. Para obtener el mejor rendimiento informático, la fuente de luz comprimida debe exhibir niveles muy bajos de pérdida de luz y ser de banda ancha, lo que significa que incluye una amplia gama de frecuencias.

"Queremos aumentar la frecuencia de reloj de las computadoras cuánticas ópticas, que pueden, en principio, alcanzar frecuencias de terahercios", dijo Takase. "Las frecuencias de reloj más altas permiten una ejecución más rápida de las tareas computacionales y permiten acortar las líneas de retardo en los circuitos ópticos. Esto hace que las computadoras cuánticas ópticas sean más compactas y al mismo tiempo facilita el desarrollo y la estabilización del sistema en general".

Las OPA utilizan cristales ópticos no lineales para generar luz comprimida, pero las OPA convencionales no generan la luz cuántica con las propiedades necesarias para una computación cuántica más rápida. Para superar este desafío, investigadores de la Universidad de Tokio y NTT Corporation desarrollaron un OPA basado en un dispositivo de tipo guía de ondas que logra una alta eficiencia al confinar la luz en un cristal estrecho.

Al diseñar cuidadosamente la guía de ondas y fabricarla con procesamiento de precisión, pudieron crear un dispositivo OPA con una pérdida de propagación mucho menor que los dispositivos convencionales. También se puede modular para su uso en varios experimentos con tecnologías cuánticas.

Diseñando el detector correcto

El dispositivo OPA fue diseñado para crear luz comprimida en longitudes de onda de telecomunicaciones, una región de longitud de onda que tiende a exhibir bajas pérdidas. Para completar el sistema, los investigadores necesitaban un detector de fotones de alto rendimiento que funcionara en longitudes de onda de telecomunicaciones. Sin embargo, los detectores de fotones estándar basados ​​en semiconductores no cumplen los requisitos de rendimiento para esta aplicación.

Así, investigadores de la Universidad de Tokio y el Instituto Nacional de Tecnología de la Información y las Comunicaciones (NICT) desarrollaron un detector diseñado específicamente para la óptica cuántica. El nuevo detector de fotones de nanocintas superconductoras (SNSPD) utiliza tecnología de superconductividad para detectar fotones.

"Combinamos nuestra nueva guía de ondas OPA con este detector de fotones para generar un estado de luz altamente no clásico, o cuántico, llamado gato de Schrödinger", dijo Takase. "Generar este estado, que es difícil con los OPA de guía de ondas convencionales de baja eficiencia, confirma el alto rendimiento de nuestro OPA de guía de ondas y abre la posibilidad de usar este dispositivo para una amplia gama de experimentos cuánticos".

Los investigadores ahora están buscando cómo combinar técnicas de medición de alta velocidad con la nueva guía de ondas OPA para acercarse a su objetivo de computación cuántica óptica ultrarrápida. + Explora más

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