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Mar 21, 2023

Pesquisadores desenvolvem plataforma fotônica integrada baseada em

Por Mariana Iriarte 3 de junho de 2023 Pesquisadores estão aproveitando a fotônica para desenvolver

Por Mariana Iriarte

3 de junho de 2023

Os pesquisadores estão aproveitando a fotônica para desenvolver e dimensionar o hardware necessário para atender aos requisitos rigorosos das tecnologias de informação quântica. Ao explorar as propriedades da fotônica, os pesquisadores apontam os benefícios de dimensionar o hardware quântico. Se ou quando for bem-sucedido, os pesquisadores dizem que o hardware quântico em escala permitirá redes de longo alcance, interconexões entre vários dispositivos quânticos e circuitos fotônicos de grande escala para computação e simulação quântica.

Uma equipe interdisciplinar de pesquisadores da Dinamarca, Alemanha e Reino Unido está se concentrando nas melhores maneiras de usar a fotônica e explorar suas propriedades para desenvolver uma plataforma que pode dimensionar o hardware quântico, informou a Phys.Org. Para tanto, a equipe desenvolveu uma plataforma fotônica integrada baseada em filme fino de niobato de lítio, cujos monocristais são materiais importantes para ondas ópticas e são um modulador ideal para o modo de baixa perda.

Em seguida, os pesquisadores fizeram a interface da plataforma fotônica integrada com fontes de fótons de estado sólido determinísticas baseadas em pontos quânticos (cristais semicondutores) em guias de onda nanofotônicos. Os fótons resultantes produzidos são processados ​​com circuitos de baixa perda, que segundo os pesquisadores são programáveis ​​em velocidades de vários gigahertz. Os pesquisadores afirmam que os circuitos ópticos de baixa perda reprogramáveis ​​​​rápidos são essenciais para a execução de tarefas no processamento de informações quânticas fotônicas.

A plataforma de alta velocidade abriu o caminho para os pesquisadores alcançarem várias funcionalidades importantes de processamento de informações fotônicas. A primeira funcionalidade de processamento que os pesquisadores observaram durante os experimentos foi a interferência quântica no chip. Os pesquisadores usaram o efeito Hong-OuMandel (HOM), que é caracterizado quando a interferência de dois fótons é observada. A Figura 1 mostra os experimentos HOM no chip realizados que testaram o desempenho da plataforma para processamento de informações quânticas fotônicas.

Outra funcionalidade de processamento que a equipe demonstrou que é fundamental para o processamento de informações fotônicas é um roteador de fóton único integrado. Os pesquisadores demonstraram um roteador de fótons totalmente no chip para os fótons emitidos por pontos quânticos. Para conseguir isso, eles aproveitaram a capacidade da plataforma de integrar deslocadores de fase rápidos com comprimentos de onda de emissores quânticos para mostrar o roteador de fóton único integrado.

A equipe também implementou um interferômetro universal de quatro modos, composto por uma rede de 6 interferômetros Mach-Zehnder e 10 moduladores de fase, conforme mostrado na Figura 2. Os interferômetros fotônicos quânticos multimodo programáveis ​​são fundamentais para a implementação de funcionalidades essenciais das tecnologias quânticas fotônicas . E os pesquisadores disseram que os interferômetros são capazes de realizar circuitos para experimentos de vantagem computacional quântica ou simulação quântica analógica.

Em um trabalho de pesquisa publicado pela Science Advances, os pesquisadores detalharam o desenvolvimento da plataforma fotônica integrada de alta velocidade baseada em filme fino de niobato de lítio. O artigo é intitulado "Processador quântico de niobato de lítio de filme fino de alta velocidade conduzido por um emissor quântico de estado sólido".

Os autores argumentam que os resultados mostraram que a fotônica integrada com fontes de fótons determinísticas de estado sólido é uma opção promissora para escalar tecnologias quânticas em múltiplas fases. No futuro, a plataforma pode ser ainda mais otimizada para reduzir a perda de acoplamento e propagação. Em particular, as arquiteturas de computação quântica tolerantes a falhas (com níveis de perda de ≲ 10% por fóton) estão um passo mais perto da realidade.

A equipe interdisciplinar de pesquisadores vem de instituições internacionais, incluindo o Centre for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q), Niels Bohr Institute, University of Copenhagen (Dinamarca); Instituto de Física, Universidade de Muenster (Alemanha); CeNTech—Centro de Nanotecnologia (Alemanha); SoN—Center for Soft Nanoscience (Alemanha); Instituto Wolfson para Pesquisa Biomédica, University College London (Reino Unido); Ruhr University Bochum (Alemanha); e Universidade de Heidelberg (Alemanha).