A promessa de uma internet quântica depende das complexidades do aproveitamento da luz para transmitir informações quânticas em redes de fibra óptica. Um avanço potencial foi relatado hoje por pesquisadores na Suécia que desenvolveram chips integrados que podem gerar partículas leves sob demanda e sem a necessidade de refrigeração extrema.

A computação quântica hoje depende de estados da matéria, isso é, elétrons que carregam qubits de informação para realizar vários cálculos simultaneamente, em uma fração do tempo que leva com a computação clássica.

O co-autor da pesquisa, Val Zwiller, Professor do KTH Royal Institute of Technology, diz que, para integrar a computação quântica de forma transparente com as redes de fibra óptica - que são usadas pela Internet hoje - uma abordagem mais promissora seria aproveitar os fótons ópticos.

"A abordagem fotônica oferece uma ligação natural entre comunicação e computação, "ele diz." Isso é importante, já que o objetivo final é transmitir a informação quântica processada usando luz. "

Mas, para que os fótons entreguem qubits sob demanda em sistemas quânticos, eles precisam ser emitidos de forma determinística, ao invés de probabilístico, moda. Isso pode ser realizado em temperaturas extremamente baixas em átomos artificiais, mas hoje o grupo de pesquisa da KTH relatou uma maneira de fazê-lo funcionar em circuitos ópticos integrados - em temperatura ambiente.

O novo método permite que emissores de fótons sejam precisamente posicionados em circuitos ópticos integrados que se assemelham a fios de cobre para eletricidade, exceto que eles carregam luz em vez disso, diz coautor da pesquisa, Ali Elshaari, Professor Associado da KTH.

Os pesquisadores aproveitaram as propriedades de emissão de fóton único do nitreto de boro hexagonal (hBN), um material em camadas. hBN é um composto comumente usado em cerâmica, ligas, resinas, plásticos e borrachas para lhes conferir propriedades autolubrificantes. Eles integraram o material com guias de onda de nitreto de silício para direcionar os fótons emitidos.

Os circuitos quânticos com luz são operados em temperaturas criogênicas - mais 4 Kelvin acima do zero absoluto - usando fontes de fóton único semelhantes a átomos, ou à temperatura ambiente usando fontes aleatórias de fóton único, Elshaari diz. Por contraste, a técnica desenvolvida na KTH viabiliza circuitos ópticos com emissão sob demanda de partículas de luz em temperatura ambiente.

"Em circuitos ópticos existentes operando em temperatura ambiente, você nunca sabe quando o único fóton é gerado, a menos que faça uma medição preliminar, "Elshaari diz." Nós realizamos um processo determinístico que posiciona precisamente os emissores de partículas de luz operando em temperatura ambiente em um circuito fotônico integrado. "

Os pesquisadores relataram o acoplamento do emissor de fóton único hBN a guias de onda de nitreto de silício, e desenvolveram um método para criar imagens dos emissores quânticos. Então, em uma abordagem híbrida, a equipe construiu os circuitos fotônicos com relação às localizações das fontes quânticas usando uma série de etapas envolvendo litografia de feixe de elétrons e corrosão, ao mesmo tempo em que preserva a natureza de alta qualidade da luz quântica.

A conquista abre um caminho para a integração híbrida, isso é, incorporando emissores de fóton único semelhantes a átomos em plataformas fotônicas que não podem emitir luz com eficiência sob demanda.