Pesquisadores encontram o link fotônico ausente para habilitar uma internet quântica totalmente de silício

Um único qubit central T na rede de silício (renderização), que suporta o primeiro spin único a ser observado opticamente no silício. Os constituintes do centro T (dois átomos de carbono e um átomo de hidrogênio) são mostrados em laranja, e o spin do elétron opticamente endereçável está em azul claro brilhante. Crédito:Photonic

Pesquisadores da Universidade Simon Fraser fizeram um avanço crucial no desenvolvimento da tecnologia quântica.
Sua pesquisa, publicada na Nature hoje, descreve suas observações de mais de 150.000 qubits de rotação de fótons "centro T" de silício, um marco importante que abre oportunidades imediatas para construir computadores quânticos massivamente escaláveis e a internet quântica que os conectará.

A computação quântica tem um enorme potencial para fornecer poder computacional muito além das capacidades dos supercomputadores de hoje, o que pode permitir avanços em muitos outros campos, incluindo química, ciência dos materiais, medicina e segurança cibernética.

Para tornar isso uma realidade, é necessário produzir qubits estáveis e de longa duração que forneçam poder de processamento, bem como a tecnologia de comunicação que permita que esses qubits se conectem em escala.

Pesquisas anteriores indicaram que o silício pode produzir alguns dos qubits mais estáveis e duradouros da indústria. Agora, a pesquisa publicada por Daniel Higginbottom, Alex Kurkjian e co-autores fornece prova de princípio de que os centros T, um defeito luminescente específico no silício, podem fornecer um "link fotônico" entre os qubits. Isso sai do Laboratório de Tecnologia Quântica de Silício da SFU no Departamento de Física da SFU, co-liderado por Stephanie Simmons, Presidente de Pesquisa do Canadá em Tecnologias Quânticas de Silício e Michael Thewalt, Professor Emérito.

Uma matriz de dispositivos fotônicos integrados, usados para realizar a primeira medição de um único spin totalmente óptica em silício. Um único spin luminescente é renderizado no centro de cada 'micropuck'. Uma seta em espiral indica o acoplamento fotônico de um desses qubits de spin. Crédito:Photonic

"Este trabalho é a primeira medição de centros T isolados e, na verdade, a primeira medição de qualquer spin único em silício a ser realizada apenas com medições ópticas", diz Stephanie Simmons.

"Um emissor como o centro T, que combina qubits de spin de alto desempenho e geração de fótons ópticos, é ideal para fazer computadores quânticos escaláveis e distribuídos, porque eles podem lidar com o processamento e as comunicações juntos, em vez de precisar fazer interface com duas tecnologias quânticas diferentes. um para processamento e outro para comunicações", diz Simmons.

Além disso, os centros T têm a vantagem de emitir luz no mesmo comprimento de onda que as atuais comunicações de fibra metropolitana e equipamentos de rede de telecomunicações usam.

Uma imagem de microscópio óptico de uma matriz de dispositivos fotônicos integrados, usada para realizar a primeira medição de spin único totalmente óptica em silício. Dezenas de milhares de tais dispositivos 'micropuck' foram fabricados em um único chip fotônico de silício. Crédito:Photonic

“Com os centros T, você pode construir processadores quânticos que se comunicam inerentemente com outros processadores”, diz Simmons. “Quando seu qubit de silício pode se comunicar emitindo fótons (luz) na mesma banda usada em data centers e redes de fibra, você obtém esses mesmos benefícios para conectar os milhões de qubits necessários para a computação quântica”.

O desenvolvimento de tecnologia quântica usando silício oferece oportunidades para dimensionar rapidamente a computação quântica. A indústria global de semicondutores já é capaz de fabricar chips de computador de silício em escala de forma barata, com um grau impressionante de precisão. Essa tecnologia forma a espinha dorsal da computação e das redes modernas, desde smartphones até os supercomputadores mais poderosos do mundo.

Os dados revelam a primeira observação óptica de spins em silício. Varreduras de dois lasers de uma única rotação revelam picos centrais de spin-split característicos; aqui os dados experimentais são visualizados como um mosaico extrudado. Crédito:Photonic
Os dados revelam a primeira observação óptica de spins em silício. Varreduras de dois lasers de uma única rotação revelam picos centrais de spin-split característicos; aqui os dados experimentais são visualizados como um mapa de calor em mosaico. Crédito:Photonic

“Ao encontrar uma maneira de criar processadores de computação quântica em silício, você pode aproveitar todos os anos de desenvolvimento, conhecimento e infraestrutura usados para fabricar computadores convencionais, em vez de criar uma indústria totalmente nova para fabricação quântica”, diz Simmons. “Isso representa uma vantagem competitiva quase intransponível na corrida internacional por um computador quântico”. + Explorar mais