Fotoni colorati prodotti per i computer quantistici

High-dimensionale colore impigliato, sono stati di fotoni prodotti da un chip fotonico,

Chip fotonico

manipolati e trasmessi tramite sistemi di telecomunicazione. Circuiti integrati comprendente una Photonic microgravità non lineare,viene usato per generare coppie di fotoni di colore impigliato. Chip Fotonico collegato a fibra ottica, permette la manipolazione dello stato quantico utilizzando componenti standard delle telecomunicazioni.

INRS Università

Aziende leader, ora, stanno investendo in infrastrutture altamente costose e complesse per scatenare la potenza delle tecnologie quantistiche e, i ricercatori INRS hanno raggiunto un importante passo avanti in un sistema di fotonica leggera, creato utilizzando dispositivi on-chip e componenti di telecomunicazioni off-the-shelf. Hanno dimostrato che i fotoni possono diventare una risorsa quantistica accessibile e potente quando sono generati sotto forma di quDits

del tipo colore impigliato.

Il sistema utilizza un piccolo e conveniente circuito integrato fotonico fabbricato mediante processi simili a quelli utilizzati per l'elettronica integrata. Con un risonatore micro-ring on-chip eccitato da un laser, i fotoni sono emessi a coppie e condividono uno stato quantico complesso. I fotoni sono costruiti in uno stato con un certo numero di componenti di frequenza sovrapposti: hanno diversi colori simultaneamente e, i colori di ogni fotone in una coppia sono collegati (impigliati), indipendentemente dalla loro distanza di separazione.

Con ciascuna frequenza - o colore - che rappresenta una dimensione, i fotoni sono generati su-chip come stato quantico altamente dimensionale (quDit). Finora, l’informatica quantistica ha ampiamente focalizzato sullo sfruttamento di qubits, basato su sistemi bidimensionali in cui si sovrappongono due stati (ad esempio, 0 e 1, allo stesso tempo, in contrasto agli bit classici, che sono 0 o 1 in qualsiasi momento). Lavorare nel dominio della frequenza, invece, permette la sovrapposizione di molti altri stati (per esempio, un fotone di alta dimensione può essere rosso e giallo e verde e blu, anche se i fotoni qui usati sono stati a infrarossi per la compatibilità delle telecomunicazioni), aumentando dunque la quantità d’informazioni in un singolo fotone.

Il professor Roberto Morandotti, che guida il team di ricerca INRS, conferma la realizzazione di un sistema quantistico con almeno un centinaio di dimensioni che utilizzano quest’approccio, e la tecnologia sviluppata è facilmente estensibile per creare sistemi a due quDit

Insieme di qudits

con più di 9.000 dimensioni (corrispondenti a 12 qubit e oltre, paragonabili allo stato dell'arte, significativamente, di più costose e complesse piattaforme).

L'uso del dominio della frequenza per tali stati quantici consente la loro facile trasmissione e la manipolazione in sistemi in fibra ottica. "Con la fusione nel campo dell'ottica quantistica e l’elaborazione ottica ultraveloce, abbiamo dimostrato che la manipolazione alta dimensionale di questi stati è possibile utilizzando elementi di telecomunicazioni standard come modulatori e filtri di frequenza", sottolinea José Azaña esperto di sistema di telecomunicazioni, supervisore nella ricerca.

Fino ad oggi, i progressi delle tecnologie consolidate per il settore delle telecomunicazioni sono stati utilizzati per la manipolazione di segnali classici. Questa ricerca è un cambio di tendenza: i progressi possono essere immediatamente trasferiti alla scienza quantistica e consentiranno direttamente indagini fondamentali di caratteristiche di stato high-dimensionali quantistiche,  applicazioni nelle comunicazioni quantistiche a base di fibre di grande alfabeto e il futuro sviluppo di dominio della frequenza, ma anche porte logiche high-dimensionali quantistiche e altre applicazioni.

Gli autori Michael Kues e Christian Reimer notano che un punto culminante dimostrato della piattaforma è la sua accessibilità: è facile da costruire e sfrutta componenti utilizzati nei sistemi di telecomunicazione standard, disponibili in commercio in tutto il mondo. Nel breve termine, i ricercatori di tutto il mondo saranno in grado di integrare e spingere avanti questa tecnologia, consentendo un salto nello sviluppo di applicazioni pratiche quantistiche.