Un chip fotonico con non meno di 128 componenti sintonizzabili si rivela un vero "coltellino svizzero" informatico con una varietà di applicazioni. Durante la sua ricerca sulla misurazione delle lunghezze d'onda della luce utilizzando questo chip fotonico, Caterina Taballione dell'Università di Twente si è imbattuta per caso in un'altra applicazione:inviando singoli fotoni attraverso il sistema invece della luce continua, i componenti ottici possono eseguire operazioni quantistiche, anche. Lo stesso chip funziona come un processore quantistico fotonico.

La manipolazione della luce su un chip è ora possibile a un livello molto avanzato, soprattutto utilizzando combinazioni di materiali. I ricercatori possono costruire guide d'onda ottiche con perdite molto basse utilizzando nitruro di silicio, o sorgenti di luce laser molto strette che utilizzano fosfuro di indio. Il chip presentato da Caterina Taballione nella sua tesi contiene molti componenti che possono dividere o combinare la luce in e da canali separati, simile a uno scalo ferroviario. Ha anche risonatori a forma di anello che possono funzionare come filtro. Il punto di forza sta nel fatto che i componenti possono essere controllati dall'esterno, rendendo il chip flessibile e programmabile. Ha anche applicazioni nella fotonica quantistica.

Controllo della temperatura

I componenti sono controllati tramite la temperatura. Il chip ha molti cosiddetti interferometri Mach-Zehnder che possono dividere la luce da uno a due canali di conduzione della luce:le guide d'onda. Prima che entrambi i canali si ricongiungano, uno di essi può essere controllato applicando una variazione di temperatura. Il risultato è che i segnali di entrambi i canali non sono gli stessi:hanno fasi diverse. I componenti a forma di anello possono anche essere termoregolati. In questo modo, Taballione è stato in grado di presentare un modo molto preciso di misurare le lunghezze d'onda della luce. Per questo, combina il controllo della temperatura con una rete neurale artificiale.

5G

Il sistema è altamente riconfigurabile. Ciò lo rende applicabile al prossimo standard mobile 5G. In questa norma, i segnali wireless devono essere diretti da una stazione base a un utente in modo molto preciso. Calcolare la migliore combinazione di antenne per farlo, chiamato "formazione del raggio, " è in genere un compito che il nuovo chip può eseguire rapidamente, ad alta efficienza energetica.

Elaborazione quantistica

Queste sono tutte applicazioni potenti che mostrano il potenziale del chip fotonico. Ma che dire del caso di singoli fotoni rilevabili separatamente agli ingressi invece di una sorgente di luce continua? In quel caso, i componenti supportano effetti quantistici tipici come la coalescenza, intreccio e sovrapposizione. I fotoni rilevati alle uscite sono il risultato di un'elaborazione quantistica che utilizza il controllo della temperatura dei componenti. Sebbene una sorgente di luce e un rivelatore a singolo fotone funzionino tipicamente a basse temperature, il processore quantistico stesso funziona a temperatura ambiente.

Calcolo quantistico che utilizza fotoni, perciò, ha un vantaggio rispetto all'uso dei qubit, che funzionano solo a temperature molto fredde. Questo trasforma il chip in una potente piattaforma per esperimenti quantistici, soprattutto quando il numero di ingressi e uscite viene ulteriormente ampliato, e quindi, il numero di componenti. L'inclusione di una sorgente di luce e di un rivelatore a fotone singolo renderebbe anche il sistema più potente. Gli scienziati UT coinvolti hanno quindi fondato una nuova società chiamata QuiX, per rendere il chip ampiamente disponibile per altri scienziati e dipartimenti di ricerca e sviluppo.