Saltos quânticos progressivos - altos

May 25, 2023

Recurso de 24 de maio de 2023

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por Thamarasee Jeewandara, Phys.org

As arquiteturas de computação quântica fotônica escalonáveis ​​requerem dispositivos de processamento fotônico. Essas plataformas dependem de circuitos reconfiguráveis ​​de baixa perda, alta velocidade e geradores de estado de recursos quase determinísticos. Em um novo relatório agora publicado na Science Advances, Patrik Sund e uma equipe de pesquisa no centro de redes quânticas híbridas da Universidade de Copenhague e da Universidade de Münster desenvolveram uma plataforma fotônica integrada com niobato de lítio de filme fino. Os cientistas integraram a plataforma com fontes de fótons únicos de estado sólido determinísticas usando pontos quânticos em guias de onda nanofotônicos.

Eles processaram os fótons gerados em circuitos de baixa perda em velocidades de vários gigahertz e realizaram experimentalmente uma variedade de funcionalidades chave de processamento de informações quânticas fotônicas em circuitos de alta velocidade; com características-chave inerentes para desenvolver um circuito fotônico universal de quatro modos. Os resultados ilustram uma direção promissora no desenvolvimento de tecnologias quânticas escaláveis, mesclando fotônica integrada com fontes de fótons determinísticas de estado sólido.

As tecnologias quânticas avançaram progressivamente nos últimos anos para permitir que o hardware quântico competisse e superasse as capacidades dos supercomputadores clássicos. No entanto, é um desafio regular sistemas quânticos em escala para uma variedade de aplicações práticas e também formar tecnologias quânticas tolerantes a falhas.

A fotônica fornece uma plataforma promissora para desbloquear hardware quântico escalável para redes quânticas de longo alcance com interconexões entre vários dispositivos quânticos e circuitos fotônicos para experimentos de simulação e computação quântica. Os estados fotônicos de alta qualidade e os circuitos programáveis ​​rápidos e de baixa perda fundamentam a ideia central das tecnologias quânticas fotônicas para rotear e processar aplicações. Os pesquisadores desenvolveram recentemente emissores quânticos de estado sólido, como pontos quânticos, como fontes quase ideais e de alta eficiência de fótons indistinguíveis para realizar fontes de fóton único sob demanda.

Durante este estudo, Sund e seus colegas se concentraram em filmes finos de niobato de lítio de cristal único ligados a um substrato isolante de sílica como uma plataforma promissora devido às suas fortes propriedades eletro-ópticas, alta transparência e alto índice de contraste para formar circuitos integrados. Como a faixa de transparência dos materiais variava, eles eram adequados para funcionar com uma variedade de emissores quânticos de estado sólido, com compatibilidade para funcionar em temperaturas criogênicas.

Neste trabalho, a equipe descreveu o desenvolvimento de niobato de lítio multimodo em circuitos isolantes para processamento de informações quânticas no nível de fóton único pela primeira vez. Eles conseguiram isso usando os circuitos para regular e facilitar a função dos estados quânticos de luz emitidos por uma fonte de fóton único de ponto quântico. A equipe injetou fótons únicos emitidos por uma fonte de pontos quânticos integrada ao guia de ondas no circuito óptico de niobato de lítio para mostrar as principais funcionalidades subjacentes ao processamento de informações quânticas fotônicas, como interferência multifóton em um circuito unitário universal reconfigurável.

Sund e seus colegas ilustraram a geometria usada para criar niobato de lítio monomodo em guias de ondas isoladoras. Eles implementaram os circuitos ópticos como guias de onda de costela por meio de litografia de feixe de elétrons e gravação de argônio em um filme de niobato de lítio ligado a um substrato de sílica sobre silício.