Las computadoras cuánticas ultrarrápidas y los dispositivos de comunicación podrían revolucionar innumerables aspectos de nuestras vidas, pero primero, los investigadores necesitan una fuente rápida y eficiente de los pares de fotones entrelazados que estos sistemas utilizan para transmitir y manipular información. Investigadores del Instituto de Tecnología StevensHe hecho precisamente eso, no solo creando una fuente de fotones basada en chip 100 veces más eficiente de lo que era posible anteriormente, sino también poniendo al alcance la integración masiva de dispositivos cuánticos.
"Durante mucho tiempo se sospechó que esto era posible en teoría, pero somos los primeros en demostrarlo en la práctica", dijo Yuping Huang, profesor asociado de física de Gallagher y director del Centro de Ciencia e Ingeniería Cuántica.
Para crear pares de fotones, los investigadores atrapan la luz en microcavidades a nanoescala cuidadosamente esculpidas; a medida que la luz circula en la cavidad, sus fotones resuenan y se dividen en pares entrelazados. Pero hay una trampa: en la actualidad, tales sistemas son extremadamente ineficientes y requieren un torrente deluz láser entrante que comprende cientos de millones de fotones antes de que un solo par de fotones entrelazados gotee a regañadientes por el otro extremo.
Huang y sus colegas de Stevens han desarrollado una nueva fuente de fotones basada en chips que es 100 veces más eficiente que cualquier dispositivo anterior, lo que permite la creación de decenas de millones de pares de fotones entrelazados por segundo a partir de un solo rayo láser de microvatios.
"Este es un gran hito para las comunicaciones cuánticas", dijo Huang, cuyo trabajo aparecerá en la edición del 17 de diciembre de Cartas de revisión física .
Trabajando con los estudiantes graduados de Stevens, Zhaohui Ma y Jiayang Chen, Huang se basó en la investigación previa de su laboratorio para tallar microcavidades de muy alta calidad en escamas de cristal de niobato de litio. Las cavidades en forma de pista de carreras reflejan internamente fotones con muy poca pérdida de energía, lo que permiteluz para circular más tiempo e interactuar con mayor eficiencia.
Al ajustar factores adicionales como la temperatura, el equipo pudo crear una fuente sin precedentes de pares de fotones entrelazados. En la práctica, eso permite que los pares de fotones se produzcan en cantidades mucho mayores para una determinada cantidad de luz entrante, de manera espectacularreduciendo la energía necesaria para alimentar componentes cuánticos.
El equipo ya está trabajando en formas de refinar aún más su proceso, y dicen que esperan alcanzar pronto el verdadero Santo Grial de la óptica cuántica: un sistema que puede convertir un solo fotón entrante en un par entrelazado de fotones salientes, con virtualmentesin desperdicio de energía en el camino. "Definitivamente es alcanzable", dijo Chen. "En este punto solo necesitamos mejoras graduales".
Hasta entonces, el equipo planea continuar refinando su tecnología y buscando formas de usar su fuente de fotones para impulsar puertas lógicas y otros componentes de comunicación o computación cuántica. "Debido a que esta tecnología ya está basada en chips, estamos listos para comenzarescalar mediante la integración de otros componentes ópticos pasivos o activos ", explicó Huang.
El objetivo final, dijo Huang, es hacer que los dispositivos cuánticos sean tan eficientes y económicos de operar que puedan integrarse en los dispositivos electrónicos convencionales ". Queremos sacar la tecnología cuántica del laboratorio, para que pueda beneficiar a todos y cada uno de ellos.de nosotros ", explicó." Algún día, pronto, queremos que los niños tengan computadoras portátiles cuánticas en sus mochilas, y estamos esforzándonos para que eso sea una realidad ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología Stevens . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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