Com empresas líderes agora investindo em infraestruturas complexas e altamente caras para liberar o poder das tecnologias quânticas, Os pesquisadores do INRS conseguiram um avanço em um sistema fotônico leve criado usando dispositivos no chip e componentes de telecomunicações prontos para uso. Em seu artigo publicado em Natureza , a equipe demonstra que os fótons podem se tornar um recurso quântico acessível e poderoso quando gerados na forma de quDits coloridos emaranhados.

O sistema usa um chip fotônico pequeno e econômico fabricado por meio de processos semelhantes aos usados ​​para a eletrônica integrada. Com um ressonador de micro-anel no chip excitado por um laser, fótons são emitidos em pares que compartilham um estado quântico complexo. Os fótons são construídos em um estado que apresenta uma série de componentes de frequência sobrepostos:Os fótons têm várias cores simultaneamente, e as cores de cada fóton em um par estão ligadas (emaranhadas), independentemente de sua distância de separação.

Com cada frequência - ou cor - representando uma dimensão, os fótons são gerados no chip como um estado quântico de alta dimensão (quDit). Até agora, a ciência da informação quântica se concentrou amplamente na exploração de qubits, com base em sistemas bidimensionais onde dois estados são sobrepostos (por exemplo, 0 E 1 ao mesmo tempo, em contraste com os bits clássicos, que são 0 OU 1 a qualquer momento). Trabalhar no domínio da frequência permite a sobreposição de muitos mais estados (por exemplo, um fóton de alta dimensão pode ser vermelho E amarelo E verde E azul, embora os fótons usados ​​aqui fossem infravermelhos para compatibilidade de telecomunicações), aumentando a quantidade de informações em um único fóton.

A data, Professor Roberto Morandotti, que lidera a equipe de pesquisa do INRS, confirma a realização de um sistema quântico com pelo menos cem dimensões usando esta abordagem, e a tecnologia desenvolvida é facilmente extensível para criar sistemas de dois quDit com mais de 9, 000 dimensões (correspondendo a 12 qubits e além, comparável ao estado da arte em plataformas significativamente mais caras / complexas).

O uso do domínio da frequência para tais estados quânticos permite sua fácil transmissão e manipulação em sistemas de fibra óptica. "Ao fundir os campos da óptica quântica e do processamento óptico ultrarrápido, mostramos que a manipulação de alta dimensão desses estados é de fato possível usando elementos de telecomunicações padrão, como moduladores e filtros de frequência, "enfatiza o especialista em sistemas de telecomunicações, Professor José Azaña, co-orientador da pesquisa realizada.

Até agora, avanços nas tecnologias estabelecidas para o setor de telecomunicações foram direcionados para a manipulação de sinais clássicos. Esta pesquisa é uma virada de jogo:os avanços podem ser imediatamente transferidos para a ciência quântica e permitirão investigações fundamentais de características de estados quânticos de alta dimensão, aplicações em comunicações quânticas baseadas em fibra de grande alfabeto, e o futuro desenvolvimento do domínio da frequência, portas lógicas quânticas de alta dimensão e outras aplicações.

Os principais autores Michael Kues e Christian Reimer observam que um destaque da plataforma demonstrada é sua acessibilidade:é fácil de construir e explora componentes usados ​​em sistemas de telecomunicações padrão que estão comercialmente disponíveis em todos os lugares. Assim, A curto prazo, pesquisadores de todo o mundo serão capazes de incorporar e impulsionar esta tecnologia, permitindo um salto no desenvolvimento de aplicações quânticas práticas.