(Phys.org) —Un enfoque prometedor para la computación cuántica escalable es utilizar una arquitectura totalmente óptica, en el que los qubits están representados por fotones y manipulados por espejos y divisores de haz. Hasta aquí, los investigadores han demostrado este método, llamada Computación cuántica óptica lineal, a muy pequeña escala realizando operaciones utilizando solo unos pocos fotones. En un intento de ampliar este método a un mayor número de fotones, Los investigadores en un nuevo estudio han desarrollado una forma de integrar completamente las fuentes de fotón único dentro de los circuitos ópticos, la creación de circuitos cuánticos integrados que permitan la computación cuántica óptica escalable.

Los investigadores, Iman Esmaeil Zadeh, Ali W. Elshaari, y coautores, han publicado un artículo sobre los circuitos cuánticos integrados en un número reciente de Nano letras .

Como explican los investigadores, Uno de los mayores desafíos que enfrenta la realización de un sistema de Computación Cuántica Óptica Lineal eficiente es integrar varios componentes que generalmente son incompatibles entre sí en una sola plataforma. Estos componentes incluyen una fuente de fotón único, como puntos cuánticos; dispositivos de enrutamiento como guías de ondas; dispositivos para manipular fotones como cavidades, filtros, y puertas cuánticas; y detectores de fotón único.

En el nuevo estudio, Los investigadores han demostrado experimentalmente un método para incrustar puntos cuánticos generadores de fotones únicos dentro de nanocables que, Sucesivamente, están encapsulados en una guía de ondas. Para hacer esto con la alta precisión requerida, utilizaron un "nanomanipulador" que consta de una punta de tungsteno para transferir y alinear los componentes. Una vez dentro de la guía de ondas, Los fotones individuales podrían seleccionarse y enrutarse a diferentes partes del circuito óptico, donde eventualmente se pueden realizar operaciones lógicas.

"Propusimos y demostramos una solución híbrida para óptica cuántica integrada que explota las ventajas de las fuentes de fotón único de alta calidad con fotónica basada en silicio bien desarrollada". "Zadeh, en la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos, dicho Phys.org . "Adicionalmente, este método, a diferencia de trabajos anteriores, es completamente determinista, es decir., sólo las fuentes cuánticas con las propiedades seleccionadas se integran en circuitos fotónicos.

"El enfoque propuesto puede servir como una infraestructura para implementar circuitos ópticos cuánticos integrados escalables, que tiene potencial para muchas tecnologías cuánticas. Es más, esta plataforma proporciona nuevas herramientas a los físicos para estudiar una fuerte interacción luz-materia a nanoescalas y cavidad QED [electrodinámica cuántica] ".

Una de las métricas de rendimiento más importantes para la Computación Cuántica Óptica Lineal es la eficiencia de acoplamiento entre la fuente de fotón único y el canal fotónico. Una eficiencia baja indica pérdida de fotones, lo que reduce la confiabilidad de la computadora. La configuración aquí logra una eficiencia de acoplamiento de aproximadamente el 24% (que ya se considera buena), y los investigadores estiman que la optimización del diseño y el material de la guía de ondas podría mejorar esto hasta un 92%.

Además de mejorar la eficiencia del acoplamiento, en el futuro, los investigadores también planean demostrar el entrelazamiento en el chip, así como aumentar la complejidad de los circuitos fotónicos y detectores de fotón único.

"Por último, el objetivo es realizar una red cuántica en chip totalmente integrada, "dijo Elshaari, en la Universidad Tecnológica de Delft y el Instituto Real de Tecnología (KTH) en Estocolmo. "En este momento hay muchas oportunidades, y el campo no está bien explorado, pero el ajuste de las fuentes en el chip y la generación de fotones indistinguibles se encuentran entre los desafíos a superar ".

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