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TECNOLOGÍA

Un nuevo chip fotónico promete computadoras cuánticas más robustas

  • Un nuevo chip fotónico promete computadoras cuánticas más robustas
Europa Press
Madrid

Un nuevo chip fotónico topológico, diseñado para procesar información cuántica, promete una opción más robusta para las computadoras cuánticas escalables.

El equipo de investigación, dirigido por Alberto Peruzzo de RMIT University, ha demostrado por primera vez que la información cuántica se puede codificar, procesar y transferir a distancia con circuitos topológicos en el chip. La investigación se publica en Science Advances.

El avance podría conducir al desarrollo de nuevos materiales, computadoras de nueva generación y una comprensión más profunda de la ciencia fundamental.

En colaboración con científicos del Politecnico di Milano y ETH Zurich, los investigadores utilizaron la fotónica topológica, un campo de rápido crecimiento que busca estudiar la física de las fases topológicas de la materia en un contexto óptico novedoso, para fabricar un chip con un "divisor de haz" creando una puerta cuántica fotónica de alta precisión.

"Anticipamos que el nuevo diseño de chips abrirá el camino para estudiar los efectos cuánticos en materiales topológicos y una nueva área de procesamiento cuántico topológicamente robusto en tecnología de fotónica integrada", dice Peruzzo, investigador jefe en el Centro de Excelencia ARC para Computación Cuántica y Tecnología de la Comunicación (CQC2T) y Director del Laboratorio de Fotónica Cuántica, RMIT.

"La fotónica topológica tiene la ventaja de no requerir campos magnéticos fuertes, y tiene una operación intrínsecamente de alta coherencia, temperatura ambiente y fácil manipulación", dice Peruzzo. "Estos son requisitos esenciales para la ampliación de las computadoras cuánticas".

Replicando el conocido experimento Hong-Ou-Mandel (HOM) --que toma dos fotones, los constituyentes últimos de la luz, y los interfiere de acuerdo con las leyes de la mecánica cuántica-- el equipo pudo usar el chip fotónico para demostrar, por primera vez, los estados topológicos pueden experimentar interferencia cuántica de alta fidelidad.

La interferencia HOM se encuentra en el corazón de la computación cuántica óptica que es muy sensible a los errores. Los estados topológicamente protegidos podrían agregar robustez a la comunicación cuántica, disminuyendo el ruido y los defectos que prevalecen en la tecnología cuántica. Esto es particularmente atractivo para el procesamiento de información cuántica óptica.

"La investigación previa se había centrado en la fotónica topológica utilizando luz láser 'clásica', que se comporta como una onda clásica. Aquí usamos fotones individuales, que se comportan de acuerdo con la mecánica cuántica", dice el autor principal, Jean-Luc Tambasco, Ph.D. estudiante en RMIT.

La demostración de la interferencia cuántica de alta fidelidad es un precursor para transmitir datos precisos utilizando fotones individuales para las comunicaciones cuánticas, un componente vital de una red cuántica global.

"Este trabajo se cruza con los dos prósperos campos de la tecnología cuántica y los aislantes topológicos y puede conducir al desarrollo de nuevos materiales, computadoras de nueva generación y ciencia fundamental", dice Peruzzo.

La investigación es parte del Programa de procesador cuántico fotónico en CQC2T. El Centro de Excelencia está desarrollando enfoques paralelos utilizando procesadores ópticos y de silicio en la carrera para desarrollar el primer sistema de computación cuántica.

Los investigadores australianos de CQC2T han establecido un liderazgo global en información cuántica. Habiendo desarrollado tecnologías únicas para manipular la materia y la luz a nivel de átomos y fotones individuales, el equipo ha demostrado la mayor fidelidad y los qubits de tiempo de coherencia más largos en estado sólido; la memoria cuántica de mayor duración en el estado sólido; y la capacidad de ejecutar algoritmos de pequeña escala en qubits fotónicos.

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