p (Phys.org) —Uma abordagem promissora para a computação quântica escalável é usar uma arquitetura totalmente óptica, em que os qubits são representados por fótons e manipulados por espelhos e divisores de feixe. Até aqui, pesquisadores demonstraram este método, chamado Linear Optical Quantum Computing, em uma escala muito pequena, executando operações usando apenas alguns fótons. Em uma tentativa de aumentar este método para um número maior de fótons, pesquisadores em um novo estudo desenvolveram uma maneira de integrar totalmente fontes de fóton único dentro de circuitos ópticos, criar circuitos quânticos integrados que podem permitir computação quântica óptica escalonável. p Os pesquisadores, Iman Esmaeil Zadeh, Ali W. Elshaari, e co-autores, publicaram um artigo sobre os circuitos quânticos integrados em uma edição recente da Nano Letras .

p Como explicam os pesquisadores, um dos maiores desafios para a realização de um sistema eficiente de Linear Optical Quantum Computing é integrar vários componentes que geralmente são incompatíveis entre si em uma única plataforma. Esses componentes incluem uma fonte de fóton único, como pontos quânticos; dispositivos de roteamento, como guias de ondas; dispositivos para manipular fótons, como cavidades, filtros, e portas quânticas; e detectores de fóton único.

p No novo estudo, os pesquisadores demonstraram experimentalmente um método para incorporar pontos quânticos geradores de fóton único dentro de nanofios que, por sua vez, são encapsulados em um guia de ondas. Para fazer isso com a alta precisão necessária, eles usaram um "nanomanipulador" que consiste em uma ponta de tungstênio para transferir e alinhar os componentes. Uma vez dentro do guia de ondas, fótons únicos podem ser selecionados e encaminhados para diferentes partes do circuito óptico, onde operações lógicas podem eventualmente ser realizadas.

p "Nós propusemos e demonstramos uma solução híbrida para óptica quântica integrada que explora as vantagens de fontes de fóton único de alta qualidade com fotônica baseada em silício bem desenvolvida, "Zadeh, na Delft University of Technology na Holanda, contado Phys.org . "Além disso, este método, ao contrário de trabalhos anteriores, é totalmente determinista, ou seja, apenas fontes quânticas com as propriedades selecionadas são integradas em circuitos fotônicos.

p "A abordagem proposta pode servir como uma infraestrutura para a implementação de circuitos ópticos quânticos integrados escalonáveis, que tem potencial para muitas tecnologias quânticas. Além disso, esta plataforma fornece novas ferramentas aos físicos para estudar a forte interação luz-matéria em nanoescalas e cavidade QED [eletrodinâmica quântica]. "

p Uma das métricas de desempenho mais importantes para a Computação Quântica Óptica Linear é a eficiência de acoplamento entre a fonte de fóton único e o canal fotônico. Uma baixa eficiência indica perda de fótons, o que reduz a confiabilidade do computador. A configuração aqui atinge uma eficiência de acoplamento de cerca de 24% (o que já é considerado bom), e os pesquisadores estimam que otimizar o design e o material do guia de ondas poderia melhorar esse valor em 92%.

p Além de melhorar a eficiência do acoplamento, no futuro, os pesquisadores também planejam demonstrar o emaranhamento no chip, além de aumentar a complexidade dos circuitos fotônicos e detectores de fóton único.

p "Em última análise, o objetivo é realizar uma rede quântica totalmente integrada no chip, "disse Elshaari, na Delft University of Technology e no Royal Institute of Technology (KTH) em Estocolmo. “Neste momento existem muitas oportunidades, e o campo não é bem explorado, mas o ajuste de fontes no chip e a geração de fótons indistinguíveis estão entre os desafios a serem superados. " p © 2016 Phys.org