p Pesquisadores liderados pela equipe da Delft University of Technology realizaram duas etapas na conversão de estados quânticos entre sinais nos domínios óptico e de microondas. Isso é de grande interesse para conectar futuros computadores quânticos supercondutores em uma rede quântica global. Esta semana, eles relatam suas descobertas em Física da Natureza e em Cartas de revisão física . p A conversão entre sinais nos domínios óptico e de microondas é de grande interesse, particularmente para conectar futuros computadores quânticos supercondutores em uma rede quântica global. Muitos esforços líderes em tecnologias quânticas, incluindo qubits supercondutores e pontos quânticos, compartilhar informações quânticas por meio de fótons no regime de micro-ondas. Embora isso permita um grau impressionante de controle quântico, também limita a distância que a informação pode viajar de forma realista antes de ser perdida em apenas alguns centímetros.

p Ao mesmo tempo, o campo da comunicação quântica óptica já viu demonstrações em escalas de distância capazes de fornecer aplicações do mundo real. Ao transmitir informações na banda de telecomunicações ópticas, redes quânticas baseadas em fibras ao longo de dezenas ou mesmo centenas de quilômetros podem ser imaginadas. "Para conectar vários nós de computação quântica a grandes distâncias em uma internet quântica, é, portanto, vital ser capaz de converter informações quânticas de microondas para o domínio óptico, e volta, "diz o Prof. Simon Groeblacher da Delft University of Technology." Isso não será apenas extremamente interessante para aplicações quânticas, mas também para altamente eficiente, conversão de baixo ruído entre sinais clássicos ópticos e elétricos. "

p Estado Fundamental

p Várias abordagens promissoras foram tomadas para realizar um conversor de micro-ondas para óptica, por exemplo, tentando acoplar os sinais por meio de um sistema mecânico (oscilador). Mas eles têm operado até agora com um fundo de ruído térmico substancial. "Superamos essa limitação e demonstramos uma conversão coerente entre os sinais de microondas GHz e a banda de telecomunicação óptica com ruído térmico mínimo de fundo, "Moritz Forsch, um dos dois autores principais das publicações, explica.

p Para alcançar isto, era necessário resfriar o oscilador mecânico até o estado fundamental de movimento quântico. A baixa ocupação térmica forma a base para o controle quântico sobre os estados mecânicos. Rob Stockill, o outro autor principal, continua:"Usamos um sistema integrado, dispositivo eletro-opto-mecânico no chip que acopla ondas acústicas de superfície conduzidas por um sinal de microondas ressonante a um cristal optomecânico. Inicializamos o modo mecânico em seu estado fundamental quântico, que nos permite realizar o processo de transdução com o mínimo de ruído térmico adicionado, enquanto mantém que os fótons de microondas mapeados no ressonador mecânico são efetivamente convertidos para o domínio óptico. "

p Materiais piezoelétricos

p A equipe de Groeblacher recentemente deu mais um passo em frente neste campo, concentrando-se no uso de novos materiais piezoelétricos. Esses materiais, em que os campos elétricos são produzidos devido ao estresse mecânico, pode ser de grande interesse para a transdução de informações quânticas entre diferentes portadoras. O acoplamento eletromecânico, em princípio, permite a transdução de um estado quântico entre os domínios de microondas e de frequência óptica neste material. Uma abordagem promissora é, portanto, construir dispositivos opto-mecânicos piezoelétricos integrados, que são então acoplados a circuitos de micro-ondas.

p "Projetamos e caracterizamos esse dispositivo optomecânico piezoelétrico fabricado a partir de fosforeto de gálio, em que um modo mecânico de 2,9 GHz é acoplado a um ressonador óptico de fator de alta qualidade na banda de telecomunicações. O grande bandgap eletrônico e a baixa absorção óptica resultante deste novo material, no mesmo nível de dispositivos fabricados em silício, nos permite demonstrar o comportamento quântico da estrutura, "diz o Prof. Groeblacher.

p Próxima Etapa

p O dispositivo fabricado a partir de fosfeto de gálio (GaP) ultrapassa de longe as conquistas atuais em GaAs ou outros materiais piezoelétricos normalmente usados ​​em abordagens semelhantes. O próximo passo para os pesquisadores é construir sobre a operação bem-sucedida do dispositivo GaP neste regime de parâmetro e investigar mais a fundo o uso deste material interessante. Dada a largura de banda eletrônica ampla e propriedades piezoelétricas do GaP, esses resultados de pesquisa abrem a porta para novos experimentos quânticos, bem como o potencial para o uso de tais dispositivos para conversão de microondas em óptica de fótons únicos.

p A publicação em Física da Natureza foi uma colaboração entre a Delft University of Technology, a Universidade de Viena, Universidade de Tecnologia de Eindhoven e NIST.

p A publicação em Cartas de revisão física foi uma colaboração entre a Delft University of Technology, Université Paris-Sud, Université Paris-Saclay e Université de Paris.