Los objetos cuánticos, como los electrones y los fotones, se comportan de manera diferente a otros objetos de maneras que permiten la tecnología cuántica. Ahí reside la clave para descubrir el misterio del entrelazamiento cuántico, en el que existen múltiples fotones en múltiples modos o frecuencias.

En la búsqueda de tecnologías cuánticas fotónicas, estudios previos han establecido la utilidad de los estados de Fock. Estos son estados multifotónicos y multimodo que son posibles combinando inteligentemente varias entradas de un fotón utilizando la llamada óptica lineal. Sin embargo, algunos estados cuánticos esenciales y valiosos requieren más que este enfoque fotón por fotón.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Kioto y la Universidad de Hiroshima ha confirmado teórica y experimentalmente las ventajas únicas de los estados cuánticos complejos que no son Fock (o iNFS), que requieren más de una única fuente de fotones y elementos ópticos lineales. El estudio se publica en la revista Science Advances. .

"Confirmamos con éxito la existencia de iNFS utilizando un circuito cuántico óptico con múltiples fotones", dice el autor correspondiente Shigeki Takeuchi de la Escuela de Graduados en Ingeniería.

"Nuestro estudio conducirá a avances en aplicaciones como los ordenadores cuánticos ópticos y la detección cuántica óptica", añade el coautor Geobae Park.

El fotón es un portador prometedor porque puede transmitirse a largas distancias manteniendo su estado cuántico a temperatura ambiente constante. Aprovechar muchos fotones en múltiples modos permitiría realizar criptografía cuántica óptica de larga distancia, detección cuántica óptica y computación cuántica óptica.

"Generamos minuciosamente un tipo complejo de iNFS utilizando nuestro circuito cuántico fotónico por transformada de Fourier para manifestar dos fotones en tres vías diferentes, que es el fenómeno de coherencia condicional más difícil de lograr", explica el coautor Ryo Okamoto.

Además, este estudio comparó otro fenómeno con el ampliamente aplicado entrelazamiento cuántico, que aparece y desaparece simplemente atravesando un único elemento óptico lineal. El entrelazamiento cuántico es un estado cuántico con dos o más estados correlacionados en una superposición entre dos sistemas separados.

"Sorprendentemente, este estudio demuestra que las propiedades de iNFS no cambian cuando pasa a través de una red de muchos elementos ópticos lineales, lo que marca un salto en la tecnología cuántica óptica", señala el coautor Holger F Hofmann de la Universidad de Hiroshima.

El equipo de Takeuchi postula que iNFS exhibe coherencia condicional, un fenómeno algo misterioso, donde detectar incluso un fotón significa la existencia de los fotones restantes en una superposición de múltiples vías.

"Nuestra siguiente fase es desarrollar chips de circuitos ópticos cuánticos multifotónicos y multimodos a mayor escala", anuncia Takeuchi.

Más información: Geobae Park et al, Realización de correlaciones de fotones más allá del límite de la óptica lineal, Avances científicos (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj8146

Información de la revista: Avances científicos

Proporcionado por la Universidad de Kyoto