p Os pesquisadores desenvolveram uma nova fonte de fótons fotônicos de silício compatível com CMOS que satisfaz todos os requisitos necessários para a computação quântica fotônica em grande escala. A pesquisa representa um passo significativo em direção às fontes de fóton único ideais manufaturáveis ​​em massa. p Há um grande esforço para desenvolver computadores quânticos baseados em chip porque os processos de fabricação CMOS maduros usados ​​para fazer os chips de computador atuais podem reduzir significativamente o custo do processamento de informações quânticas em grande escala. Embora os pesquisadores tenham demonstrado muitos dos componentes necessários para fazer computadores quânticos em chips de silício, uma fonte de fóton único no chip provou ser um desafio devido à demanda rigorosa para criar fótons de alta qualidade.

p Stefano Paesani, da Universidade de Bristol, no Reino Unido, apresentará a nova pesquisa no OSA totalmente virtual Fronteiras em Óptica e a conferência Laser Science APS / DLS (FiO + LS), a ser realizada de 14 a 17 de setembro.

p "Ao demonstrar fontes de fótons de baixo ruído atendendo simultaneamente a todos os requisitos para computadores quânticos fotônicos de grande escala, superamos um desafio crucial que limitou o dimensionamento das tecnologias fotônicas quânticas, "disse Paesani." As técnicas desenvolvidas neste trabalho podem acelerar em vários anos o desenvolvimento de tecnologias quânticas em escala de chip manufaturáveis ​​em massa. Essas tecnologias prometem enormes acelerações quânticas computacionais, comunicações incondicionalmente seguras, e sensores aprimorados quânticos. "

p Criação de fótons de qualidade

p Como o nome implica, fontes de fóton único emitem luz como fóton único. Eles são um componente-chave dos computadores quânticos ópticos, que usam os fótons para transportar dados na forma de qubits. Qubits podem estar em dois estados ao mesmo tempo e irão interferir, ou correlacionar, um com o outro, permitindo que muitos processos sejam executados simultaneamente.

p Fontes de fóton único usadas em computação quântica têm requisitos muito exigentes. Eles devem ser altamente indistinguíveis e puros, seja quase determinístico ou altamente eficiente, e adequado para fabricação em massa. Para atender a todos esses requisitos, Paesani e seus colegas projetaram uma nova fonte de fóton único baseada na mistura espontânea intermodal de quatro ondas em um guia de ondas de silício multimodo.

p A abordagem intermodal para fontes de fótons on-chip, onde uma interação entre vários campos de bomba óptica é usada para gerar fótons, permite novos graus de liberdade para controlar a emissão de fótons. Ao adaptar a geometria de um guia de onda multimodo de baixa perda e o atraso temporal no chip entre os campos de bomba, a equipe de pesquisa mostrou que as propriedades da emissão espontânea de fótons podem ser projetadas para atingir fótons quase ideais.

p Para testar o novo design, os pesquisadores fabricaram dispositivos de fóton único em silício sobre isolante padrão usando processos de litografia compatíveis com CMOS em um wafer comercial. Os testes dos dispositivos revelaram que os guias de onda multimodo reduziram significativamente as perdas de transmissão, permitindo uma eficiência de anúncio intrínseca da fonte de aproximadamente 90%. Uma alta eficiência de arauto é necessária para aumentar o processamento quântico.

p Os pesquisadores também realizaram interferência de fótons no chip, que é essencial para cálculos quânticos. Esses experimentos produziram uma visibilidade de dados brutos de 96%, o mais alto relatado até agora em fotônica integrada. Essa conquista permite operações quânticas no chip entre fótons em um nível de precisão sem precedentes, abrindo a possibilidade de aumentar o processamento de fótons de baixo ruído em dispositivos fotônicos quânticos de curto prazo.

p Os pesquisadores dizem que a fonte de fóton único poderia ser melhorada com uma bomba de laser melhor e usando um processo de fabricação mais uniforme.