Saltos quânticos progressivos – altos

Recurso de 24 de maio de 2023

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por Thamarasee Jeewandara, Phys.org

Arquiteturas escalonáveis ​​de computação quântica fotônica requerem dispositivos de processamento fotônico. Essas plataformas contam com circuitos reconfiguráveis ​​de baixa perda e alta velocidade e geradores de estado de recurso quase determinísticos. Num novo relatório agora publicado na Science Advances, Patrik Sund e uma equipa de investigação do centro de redes quânticas híbridas da Universidade de Copenhaga e da Universidade de Münster desenvolveram uma plataforma fotónica integrada com niobato de lítio de película fina. Os cientistas integraram a plataforma com fontes determinísticas de fótons únicos de estado sólido usando pontos quânticos em guias de onda nanofotônicos.

Eles processaram os fótons gerados em circuitos de baixa perda a velocidades de vários gigahertz e realizaram experimentalmente uma variedade de funcionalidades importantes 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, fundindo fotônica integrada com fontes determinísticas de fótons 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 computação quântica e experimentos de simulação. 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 colegas se concentraram em filmes finos de niobato de lítio monocristalinos 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 pela primeira vez o desenvolvimento de niobato de lítio multimodo em circuitos isolantes para processamento de informações quânticas no nível de fóton único. Eles conseguiram isso usando os circuitos para regular e facilitar a função dos estados quânticos da luz emitida 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 a interferência multifóton em um circuito unitário universal reconfigurável.

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