A pesar de su promesa, las computadoras cuánticas fotónicas aún no han alcanzado los resultados deseados, en parte debido a las interacciones inherentemente débiles entre fotones individuales. En un artículo publicado en Physical Review Letters , investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China demostraron un gran estado de cúmulo que podría facilitar la computación cuántica en un sistema fotónico, concretamente el entrelazamiento de tres fotones.

"La computación cuántica fotónica es prometedora debido a sus ventajas operativas a temperatura ambiente y su mínima decoherencia", dijo a Phys.org Hui Wang, coautor del artículo.

"Sin embargo, el desafío inherente radica en la débil interacción entre fotones individuales, lo que dificulta la realización de puertas deterministas de dos qubits esenciales para la escalabilidad. Para abordar esta cuestión, los conceptos de fusión y percolación han surgido en las últimas dos décadas dentro de nuestro campo. "

Estudios anteriores sugieren que la fusión y la percolación podrían ser enfoques escalables para realizar la computación cuántica en sistemas fotónicos sin la necesidad de puertas entrelazadas deterministas, como las que requieren los qubits superconductores y los iones atrapados. Como parte de su estudio, Wang y sus colegas emplearon una estrategia que implica fusionar estados de recursos pequeños, como el anunciado estado de 3 GHZ que demostraron, en estados de clúster a gran escala que son adecuados para realizar computación cuántica basada en mediciones. P>

"El teorema de percolación dicta que el éxito se puede lograr si la probabilidad de éxito de la puerta de fusión excede un umbral específico", dijo Wang.

"En este marco, la fase inicial implica generar el estado de recurso necesario, siendo el estado esencial más pequeño el estado de tres fotones Greenberger-Horne-Zeilinger (3-GHZ). Existen dos métodos principales para la generación determinista del estado de 3-GHZ:( i) utilizar emisores de fotón único como puntos cuánticos, que aunque teóricamente son deterministas, enfrentan limitaciones de eficiencia con las tecnologías actuales; y (ii) generar de manera casi determinista grupos entrelazados de una manera anunciada, lo que permite la validación instantánea del éxito sin perturbar el estado objetivo".

De los dos métodos que generan un estado de 3 GHZ, la generación casi determinista de cúmulos entrelazados de la manera anunciada actualmente parece ser el más prometedor. Empleando este método, los investigadores pudieron alcanzar este estado a partir de una fuente de fotón único en un chip fotónico.

Su trabajo es un hito importante en el camino hacia la realización de la computación cuántica fotónica tolerante a fallos. Específicamente, sus esfuerzos podrían acelerar el desarrollo de computadoras cuánticas ópticas a gran escala que dependan de estados de 3 GHZ para procesar información cuántica.

"Nuestra configuración experimental requiere seis fotones individuales para inyectarlos en un interferómetro pasivo de 10 modos", explicó Wang.

"Nuestra implementación utiliza un punto cuántico de InAs/GaAs como fuente de fotón único. Tenga en cuenta que esta es la fuente de fotón único de última generación entre todos los sistemas físicos. El interferómetro programable, procedente de Quix, demuestra una eficiencia general de 50% Mediante la aplicación de una transformación unitaria específica, el estado de salida resultante en los puertos 1-6 se manifiesta como un estado de 3 GHZ anunciado con codificación de doble carril, dependiendo de la detección de fotones individuales en ambos puertos y en solo uno de los. puertos."

El primer informe sobre fotones individuales anunciados se remonta a 1986, mientras que los primeros pares de fotones entrelazados anunciados se realizaron en 2010. El trabajo reciente de Wang y sus colaboradores se basa en estos avances anteriores, demostrando un gran estado de cúmulo que podría desempeñar un papel clave en permitiendo computación cuántica basada en mediciones y tolerante a fallos utilizando chips fotónicos.

En particular, el artículo se publicó aproximadamente al mismo tiempo que dos estudios relacionados realizados por otros equipos, que aparecen en Physical Review Letters. y Fotónica de la Naturaleza , que obtuvo otros resultados impresionantes. En conjunto, estos desarrollos sugieren que nos estamos acercando a la realización efectiva de computadoras cuánticas fotónicas tolerantes a fallas.

"En un futuro previsible, lograr una demostración de una puerta de fusión que supere el umbral de percolación utilizando ocho fotones individuales está a nuestro alcance", añadió Wang.

"Aprovechando el éxito del anunciado estado de 3 GHZ presentado en este estudio, se pueden fusionar múltiples estados de recursos de 3 GHZ para formar un estado entrelazado más extenso. Además, la exploración de la generación de estados entrelazados a gran escala en plataformas ópticas cuánticas integradas está en marcha."