Pela primeira vez, os pesquisadores geraram com sucesso luz fortemente não clássica usando uma fonte de luz modular baseada em guia de ondas. A conquista representa um passo crucial para a criação de computadores quânticos ópticos mais rápidos e práticos.
“Nosso objetivo é melhorar drasticamente o processamento de informações desenvolvendo computadores quânticos mais rápidos que podem executar qualquer tipo de computação sem erros”, disse Kan Takase, membro da equipe de pesquisa, da Universidade de Tóquio. “Embora existam várias maneiras de criar um computador quântico, as abordagens baseadas em luz são promissoras porque o processador de informações pode operar à temperatura ambiente e a escala de computação pode ser facilmente expandida”.

Na revista Optica Publishing Group Optics Express , uma equipe multi-institucional de pesquisadores do Japão descreve o módulo amplificador paramétrico óptico de guia de ondas (OPA) que eles criaram para experimentos quânticos. A combinação deste dispositivo com um detector de fótons especialmente projetado permitiu que eles gerassem um estado de luz conhecido como gato de Schrödinger, que é uma superposição de estados coerentes.

"Nosso método para gerar luz quântica pode ser usado para aumentar o poder de computação dos computadores quânticos e tornar o processador de informações mais compacto", disse Takase. "Nossa abordagem supera os métodos convencionais, e o guia de ondas modular OPA é fácil de operar e integrar em computadores quânticos."

Geração de luz fortemente não clássica

A luz comprimida de onda contínua é usada para gerar os vários estados quânticos necessários para realizar a computação quântica. Para obter o melhor desempenho de computação, a fonte de luz comprimida deve apresentar níveis muito baixos de perda de luz e ser de banda larga, o que significa que inclui uma ampla faixa de frequências.

"Queremos aumentar a frequência do relógio dos computadores quânticos ópticos, que podem, em princípio, atingir frequências de terahertz", disse Takase. "Frequências de clock mais altas permitem a execução mais rápida de tarefas computacionais e permitem que as linhas de atraso nos circuitos ópticos sejam encurtadas. Isso torna os computadores quânticos ópticos mais compactos, além de facilitar o desenvolvimento e a estabilização do sistema geral."

Os OPAs usam cristais ópticos não lineares para gerar luz espremida, mas os OPAs convencionais não geram a luz quântica com as propriedades necessárias para uma computação quântica mais rápida. Para superar esse desafio, pesquisadores da Universidade de Tóquio e da NTT Corporation desenvolveram um OPA baseado em um dispositivo do tipo guia de ondas que atinge alta eficiência ao confinar a luz a um cristal estreito.

Ao projetar cuidadosamente o guia de ondas e fabricá-lo com processamento de precisão, eles conseguiram criar um dispositivo OPA com perda de propagação muito menor do que os dispositivos convencionais. Também pode ser modularizado para uso em vários experimentos com tecnologias quânticas.

Projetando o detector certo

O dispositivo OPA foi projetado para criar luz comprimida em comprimentos de onda de telecomunicações, uma região de comprimento de onda que tende a apresentar baixas perdas. Para completar o sistema, os pesquisadores precisavam de um detector de fótons de alto desempenho que funcionasse em comprimentos de onda de telecomunicações. No entanto, detectores de fótons padrão baseados em semicondutores não atendem aos requisitos de desempenho para esta aplicação.

Assim, pesquisadores da Universidade de Tóquio e do Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicações (NICT) desenvolveram um detector projetado especificamente para óptica quântica. O novo detector de fótons de nanofita supercondutora (SNSPD) usa tecnologia de supercondutividade para detectar fótons.

“Combinamos nosso novo guia de ondas OPA com este detector de fótons para gerar um estado de luz altamente não clássico – ou quântico – chamado gato Schrödinger”, disse Takase. "Gerar esse estado, que é difícil com OPAs convencionais de guia de ondas de baixa eficiência, confirma o alto desempenho do nosso guia de ondas OPA e abre a possibilidade de usar este dispositivo para uma ampla gama de experimentos quânticos".

Os pesquisadores agora estão procurando como combinar técnicas de medição de alta velocidade com o novo guia de ondas OPA para se aproximar de seu objetivo de computação quântica óptica ultrarrápida. + Explorar mais

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