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Fotônica quantum integrado permite que a direção e o controle de partículas de luz individuais de uma estabilidade muito elevada precisão, no entanto, até à data, sido limitada de demonstrações de pequena escala que apenas um pequeno número de componentes são integrados em um chip. Devido a isso, os cientistas a tentar melhorar os circuitos integrados fotônicos para aumentar a complexidade do poder computacional de tecnologias de processamento de informação quântica, o que irá facilitar a criação de muitos aplicativos revolucionário.
Agora, uma equipe internacional de pesquisadores liderada por cientistas do Quantum Engenharia de Laboratórios de Tecnologia da Universidade de Bristol (reino Unido) conseguiu desenvolver o primeiro circuito fotônica quantum integrados em grande escala, o que pode gerar, controlar, analisar o emaranhamento quântico para o grande escala, com uma precisão de generalidade sem precedentes.
O chip quântico foi desenvolvido utilizando uma tecnologia fotônica do silício escalável, semelhante ao dos circuitos electrónicos do presente, que iria fornecer um caminho para a fabricação de componentes em massa para a realização de um computador óptica quântica. O estudo, em colaboração com a Universidade de Pequim, Universidade Técnica da Dinamarca (DTU), o Instituto de Ciências da Fotônica (ICFO) (Espanha), o Instituto Max Planck de Óptica Quântica (MPQ), a Academia polonesa de Ciências (PAS) da Universidade de Copenhaga, foi recentemente publicado na revista Science.
O poder de controlar dispositivos grandes, quantum, bem como complexos sistemas de intertravamento, multidimensional precisos e consistentes, tem sido um enorme desafio devido às complexas interações entre as partículas nestas grande quantum de sistemas. Recentemente, tem havido um progresso significativo no sentido de quantum de sistemas em grande escala em uma variedade de plataformas que incluem fótons, supercondutores e de íons de lítio, entre outros.
Circuito quântico integrados de silício em grande escala para controlar o emaranhamento multidimensional de fótons. (Foto: ICFO et al.)
Em particular, a fotônica permite que um sistema de codificar o processo, o caminho natural a qubits ou estados multidimensionais dentro de diferentes graus de liberdade de um fóton.
Neste estudo, demonstramos um sistema de emaranhamento bipartite de localização-codificado multidimensional programável com uma dimensão de até 15 × 15, onde cada fotão há cerca de 15 maneiras de óptica, ao mesmo tempo, os dois fótons estão interligados lá.
Este sistema de intertravamento, multidimensional é conseguido através do alargamento dos circuitos de quantum fotônicos de silício através da integração em um único chip 550 componentes ópticos que incluem 16 fontes de idêntico pares de fótons, 93 retardante de fase óptica, 122 divisores de feixe, entre outros elementos de óptica.
O principal autor, Jianwei Wang, comenta: “É o prazo de vencimento da fotônica do silício de hoje, o que nos permite estender a tecnologia para atingir uma grande escala de integração dos circuitos quânticos. Essa é a mais bela de fotônica do quantum sobre o silício. Como resultado, nosso chip quântica nos permite, pela primeira vez, alcançar uma precisão universalidade sem precedentes, capaz de controlar o entrelaçamento multidimensional, um fator-chave para muitas tarefas de infoMOática computador quântico de comunicação”.
Por sua parte, Yunhong Ding DTU acrescenta: “as novas tecnologias permitem sempre para novas aplicações. Os recursos de nossa tecnologia integrada nos permitem observar correlações quântica multidimensional de alta qualidade, incluindo violações de endereço generalizada de Bell EPR, também, implementar protocolos, quantum multi-dimensional inexplorado experimentalmente: a expansão da aleatoriedade multidimensional de auto-avaliação do estado”.
Os pesquisadores do ICFO, Alexia Salavrakos Prof ICREA Antonio Acín explica que distribuir para detectar correlações de quantum, de forma controlada, “é um avanço considerável para o design de tecnologias de comunicação quântica mais robusto seguro.”
Por sua vez, Jordi Tura do MPQ enfatiza que o grau de precisão e controle obtido com esta tecnologia “permitiu-nos experimentá-lo com alguns dos protocolos de informação quântica mais rigorosas, como a auto-avaliação ou de expansão aleatória, que só são possíveis em condições experimentais muito idealizada”.
Finalmente, o professor Mark Thompson, o líder do Bristol, diz que os circuitos-fotônica em silício, o mesmo material utilizado em nossos circuitos eletrônicos, “activar o processamento de informações realizado por uma única partícula de luz. Estas tecnologias de fotônica, o quantum de silício estiver habilitando-nos a expandir os dispositivos quântica de sistemas em um ritmo incrivelmente rápido, e em um futuro próximo vai ser capaz de chegar a uma integração de dezenas de milhares de elementos em um único chip, o que pode dar lugar a numerosas aplicações do quantum”.
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