Nuevo circuito integrado cuántico – Bitnavegantes

Referencia: PhysicsWorld.com .
por Belle Dumé, 13 de enero 2014

Investigadores de Reino Unido, Japón y Países Bajos han fabricado un circuito cuántico integrado, funcionalmente el más complejo con un solo material, capaz de generar fotones y entrelazarlos al mismo tiempo. El circuito consiste en dos fuentes de fotones sobre un chip de silicio con interferencia cuántica. Sus inventores dicen que podría ser utilizado en aplicaciones de procesamiento de información cuántica y en experimentos de óptica cuántica sobre complejos chip.

experimento chip Nuevo circuito integrado cuántico   Bitnavegantes

La interferencia cuántica está en el corazón de muchos algoritmos y tecnologías de procesamiento de la información cuántica. Sin embargo, para observar este efecto singular de mecánica cuántica, los fotones empleados necesitan ser indistinguibles, es decir, tienen que ser idénticos en todos los sentidos posibles. También tienen que ser producidos desde fuentes idénticas de fotones, algo que ha sido difícil de hacer en el pasado.

Un equipo de investigadores dirigido por Mark Thompson, de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, ha logrado superar este obstáculo y ha conseguido, por primera vez, materializar dos fuentes  idénticas de fotones en un solo chip de silicio. “Estas fuentes producen luz entrelazada, que se pueden controlar, y su cuántica pueden interferir en el mismo chip”, explica Thompson.

Mezcla de cuatro ondas

en laboratorio Nuevo circuito integrado cuántico   Bitnavegantes

Para generar los fotones en su chip, los investigadores comenzaron inyectando dentro un fuerte haz de láser infrarrojo. Este haz produce pares de fotones a través de una interacción no lineal con el material de silicio, en un proceso llamadomezcla espontánea de cuatro ondas.

“Hemos inyectado el haz de dos regiones sobre el chip (estas regiones se convierten, posteriormente, en las dos fuentes) y combinadas con la luz cuántica produce un elemento divisor del haz, también sobre el chip”, según explicaba Josh Silverstone, miembro del equipo de Bristol. “Controlando con precisión la longitud de la trayectoria recorrida por los fotones a través de una de las fuentes, y cambiando la temperatura de una de las dos guías de onda contenidas en el chip, se observaron franjas de interferencia cuántica”. Estas franjas no son más que el patrón  firmado de la interferencia cuántica de los dos fotones.

La gran ventaja de la fotónica cuántica del silicio es que estas estructuras pueden ser fabricadas usando métodos muy similares a los utilizados para fabricar la microelectrónica de los CMOS modernos, señala Thompson. “En particular, nuestros circuitos fueron fabricados por Toshiba, en Kawasaki, Japón, usando las técnicas estándar de fabricación de silicio, aunque se podría haber utilizado cualquier otro modo de fabricación. A largo plazo, se piensa incluso integrar fotones cuánticos y electrónica estándar en un único chip.”

Excepcionalmente bien ajustado

Gracias a su circuito, el equipo fue capaz de examinar por primera vez la interferencia cuántica entre dos fuentes de fotones en el chip. Las fuentes muestran una interferencia cuántica extremadamente alta, lo que implica que están excepcionalmente bien ajustada. “Esa buena adaptación es un requisito previo para la construcción de cualquier sistema óptico-cuántico a mayor escala”, dice Thompson.

chip futuro Nuevo circuito integrado cuántico   Bitnavegantes

El circuito de este trabajo también se podría usar para llevar a cabo experimentos de óptica cuántica más complejos sobre el chip que las posibilidades que dan los experimentos generales o la fibra óptica. “Hay incluso implicaciones más amplias para el futuro, donde muchas fuentes de pares de fotones podrían ser combinados en individuales chips de silicio para trabajar al unísono de una manera muy eficiente”, añade Thompson.

El equipo, que incluye a investigadores de la Universidad de Glasgow en Escocia y del Instituto Kavli de Nanociencia de la Universidad Tecnológica de Delft, en los Países Bajos, ahora planea combinar los elementos necesarios para que los sistemas de información cuántico-fotónicos totalmente integrados en un solo dispositivo. “Hasta ahora, hemos combinado fuentes cuánticas con circuitos cuánticos, pero el próximo gran desafío será incluir detectores de fotones individuales, y después, escalar todo ello hasta los cientos de componentes que requiere un chip, y así realizar tareas de procesamiento de información compleja cuántica con fotones”, declara Thompson.


- Publicación: Este circuito se describe en Nature Photonics 10.1038/nphoton.2013.339.
- Fuente: nanotechweb.org .

Bitnavegantes: Nuevo circuito integrado cuántico.

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