Um projeto da UE que trabalha com ótica ultrarrápida, aumenta o controle sobre os estados quânticos espaço-temporais da luz, avanço da ciência da informação quântica.

Quantum Information Science (QIS) oferece muita esperança para uma metrologia melhorada, bem como várias informações, Sistemas de comunicação e tecnologia (ITC). Contudo, o grau de controle sobre os estados quânticos necessário para tornar a abordagem superior às técnicas convencionais, torna a realização do potencial da tecnologia especialmente desafiadora. Os chamados 'estados comprimidos em sistemas de variáveis ​​contínuas' foram postulados como uma abordagem que pode trazer sucesso para um melhor controle dos estados quânticos, em parte porque esses sistemas são considerados escaláveis.

O projeto financiado pela UE QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement), explorou o uso de tais estados comprimidos, ou estados multifotônicos, em diferentes modos temporais com base em dispositivos óticos integrados. Em um artigo publicado recentemente na revista 'Philosophical Transactions A' da Royal Society, os pesquisadores avaliam os limites atuais de compressão do guia de ondas e os limites de perda no processo de conversão.

Estados comprimidos emaranhados

Os autores do artigo apontam que, nas últimas décadas, progresso significativo foi feito em guias de onda de baixa perda, detectores de número de fótons e processos não lineares muito eficientes. Adicionalmente, graças ao sucesso do processo óptico não linear conhecido como 'conversão de frequência de soma projetada', operação em modos de banda larga temporais arbitrários agora é possível. Isso abre o grau espectral de liberdade para codificação de informações, frequentemente nos modos temporais de um único fóton.

QCUMBER examinou a perspectiva de combinar, em um sistema de guia de ondas, compressão e conversão de frequência com seleção de modo. Ao criar uma analogia entre os Portões de Pulso Quântico (QPGs - circuitos quânticos básicos) e as redes espaciais, eles possibilitaram uma visualização do processo para emaranhar estados comprimidos ou construir estados de variáveis ​​contínuas multimodo complexos.

Olhando para a compressão alcançável em uma passagem única KTP, guia de onda de modo único, a equipe descobriu que era possível apertar até 20 decibéis, mas o comportamento complicado do processo, resultou em degradação significativa, limitando a eficiência de conversão abaixo de 90%. Contudo, eles apontam que isso ainda é promissor para o futuro da tecnologia. Eles argumentam que, para aplicações onde a baixa eficiência de conversão é suficiente, isso não representa um problema e a correspondência de fase pode ser projetada usando um modelo simples sem a necessidade de potência da bomba.

No domínio espectral, a equipe também alcançou o emaranhamento em uma estrutura de pente de frequência de onda contínua de até 60 modos temporais e cerca de 10 modos em um pulsado, sistema ultrarrápido. Eles relatam que, uma vez que a compressão é capaz de atingir certos limites, a correção de erros para computação quântica torna-se possível, que irá impulsionar a ciência para a frente.

Aproveitando escalas de tempo extremas e amplos espectros

Pulsos de luz ultrarrápidos oferecem oportunidades para entender melhor a dinâmica do sistema subjacente em escalas de tempo de duração muito curta. O aproveitamento dos atributos quânticos da luz avançou o conhecimento da física fundamental adquirido através da experimentação e tem sido a chave para o progresso na comunicação quântica e na metrologia quântica. De fato, a metrologia de alta precisão foi habilitada através da exploração da estrutura de pente de ampla frequência que os trens de pulsos de luz ultrarrápidos criam.

QCUMBER foi criado para investigar as oportunidades que podem existir dentro da relação entre as propriedades quânticas da luz em escalas de tempo extremas e em espectros extremamente amplos. Explorar a estrutura de pulsos quânticos ultrarrápidos permitirá medições de frequência de tempo cada vez mais precisas e introduzirá inovação para o processamento de informações quânticas escalonáveis.