La ciencia de la información cuántica es realmente fascinante:pares de partículas diminutas pueden entrelazarse de tal manera que una operación en cualquiera de ellas afecte a ambas incluso si están físicamente separadas. Un proceso aparentemente mágico llamado teletransportación puede compartir información entre diferentes sistemas cuánticos lejanos.
Estos diferentes sistemas se pueden acoplar mediante procesos cuánticos para formar redes de comunicación cuánticas. Las comunicaciones seguras, la computación cuántica distribuida y la detección cuántica son sólo algunas de las aplicaciones potenciales notables.
A lo largo de más de tres décadas de Quantum 2.0 (el período de I+D cuántico que cubre el desarrollo de dispositivos, sistemas y protocolos cuánticos para generar y utilizar entrelazamiento cuántico), la gran mayoría de los experimentos requirieron ópticas voluminosas y esquemas de alineación especializados que a menudo abarcaban grandes sistemas ópticos de propósito especial. Mesas que flotan neumáticamente para evitar las más mínimas vibraciones mecánicas.
De la misma manera que la electrónica integrada de silicio miniaturizada permitió la evolución de los procesadores de computadora desde conjuntos de condensadores, tubos e imanes a gran escala hasta microchips diminutos pero potentes que contienen millones y millones de componentes en los que se basan nuestras tecnologías modernas e "inteligentes"; Los componentes y procesos cuánticos deben miniaturizarse utilizando óptica integrada para allanar el camino para el despliegue y uso a gran escala de la ciencia de la información cuántica más allá de los experimentos a escala de laboratorio y hacia usos en la vida real.
El carburo de silicio (SiC) es una plataforma líder para procesos integrados, impulsada en los últimos años por su uso en los sistemas electrónicos integrados de tecnologías verdes como los vehículos eléctricos. Esta aplicación ha supuesto importantes mejoras en la calidad de las obleas de SiC, el formato base para la creación de dispositivos integrados.
En el ámbito de la ciencia cuántica, el SiC se ha convertido en un material prometedor para la fotónica cuántica integrada (IQP), superando los problemas de escalabilidad observados en otros materiales como el silicio. Las propiedades únicas del SiC lo hacen ideal para procesos ópticos cuánticos integrados, pero persisten desafíos para aprovechar todo su potencial. Los recientes avances en la generación de fotones entrelazados en microchips de SiC marcan un paso significativo hacia el desbloqueo de sus capacidades para aplicaciones cuánticas prácticas.
En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) en Gaithersburg, MD y de la Universidad Carnegie Mellon de Pittsburg, PA, informaron sobre la primera demostración de una fuente de fotones entrelazados a escala de chip en SiC.
El dispositivo se implementa mediante un proceso no lineal de alto orden conocido como mezcla espontánea de cuatro ondas (SFWM) utilizando un resonador de microanillo óptico integrado modelado en una plataforma de 4H-SiC sobre aislante.
El experimento está diseñado para que los pares de fotones (señal e inactivo) estén en la longitud de onda de las telecomunicaciones y sean ideales para ser transmitidos en fibras ópticas (lo cual es importante para las comunicaciones cuánticas y las redes cuánticas) y se creen de tal manera que se enreden en tiempo y energía (conocido como entrelazamiento tiempo-energía). Los investigadores informan que generaron pares de fotones entrelazados de alta calidad y pureza.
Estos investigadores resumen las características del nuevo dispositivo y afirman:"Nuestros resultados, incluida una relación máxima de coincidencia-accidente> 600 para una tasa de pares de fotones en el chip de (9 ± 1) × 10 3 pares/s y una potencia de bomba de 0,17 mW, un anunciado ???? (2) (0) del orden de 10 -3 , y la visibilidad de una franja de interferencia de dos fotones que supera el 99% demuestran inequívocamente que los dispositivos integrados basados en SiC pueden ser viables para el procesamiento de información cuántica a escala de chip. Además, estos resultados son comparables a los obtenidos con plataformas fotónicas integradas más maduras, como el silicio."
"Creemos que nuestro estudio respalda firmemente la competitividad de la plataforma 4H-SiC sobre aislante para aplicaciones cuánticas. Por ejemplo, la fuente de fotones entrelazados demostrada se puede implementar fácilmente en una red de fibra óptica para la comunicación cuántica.
"Además, al alinear la longitud de onda del fotón inactivo con la línea de fonón cero de varios centros de color que se encuentran en SiC, podemos crear un entrelazamiento entre el fotón de señal y el estado de espín. Este proceso de alineación de longitud de onda también se puede integrar e implementar ya sea mediante ingeniería de dispersión a escala de chip o conversión de frecuencia", agregaron.
El futuro de la óptica integrada basada en SiC es ciertamente prometedor, ya que los investigadores afirman que "todas estas posibilidades apuntan a un futuro brillante para la fotónica cuántica basada en SiC al permitir la integración de una multitud de procesos eléctricos y fotónicos cuánticos a escala de chip con color". centros para diversas aplicaciones."
