In un potenziale impulso per l'informatica e la comunicazione quantistica, una collaborazione di ricerca europea ha riportato un nuovo metodo per controllare e manipolare singoli fotoni senza generare calore. La soluzione consente di integrare interruttori ottici e rilevatori di fotoni singoli in un unico chip.

Pubblicazione in Comunicazioni sulla natura , il team ha riferito di aver sviluppato un interruttore ottico che viene riconfigurato con un movimento meccanico microscopico anziché con il calore, rendendo l'interruttore compatibile con i rivelatori a singolo fotone sensibili al calore.

Gli interruttori ottici oggi in uso funzionano riscaldando localmente le guide luminose all'interno di un chip semiconduttore. "Questo approccio non funziona per l'ottica quantistica, ", afferma il coautore Samuel Gyger, un dottorato di ricerca studente al KTH Royal Institute of Technology di Stoccolma.

"Poiché vogliamo rilevare ogni singolo fotone, usiamo rivelatori quantistici che funzionano misurando il calore che un singolo fotone genera quando viene assorbito da un materiale superconduttore, " dice Gyger. "Se usiamo interruttori tradizionali, i nostri rilevatori saranno inondati dal calore, e quindi non funziona affatto."

Il nuovo metodo consente il controllo di singoli fotoni senza lo svantaggio di surriscaldare un chip semiconduttore e quindi di rendere inutili i rilevatori di fotoni singoli, dice Carlos Errando Herranz, che ha concepito l'idea di ricerca e ha guidato il lavoro al KTH come parte del progetto European Quantum Flagship, S2QUIP.

Utilizzando l'attuazione microelettromeccanica (MEMS), la soluzione consente la commutazione ottica e il rilevamento di fotoni su un singolo chip semiconduttore mantenendo le basse temperature richieste dai rilevatori a singolo fotone.

"La nostra tecnologia aiuterà a collegare tutti gli elementi costitutivi necessari per i circuiti ottici integrati per le tecnologie quantistiche, "Errando Herranz dice.

"Le tecnologie quantistiche consentiranno la crittografia sicura dei messaggi e metodi di calcolo che risolvono i problemi che i computer di oggi non possono, " dice. "E forniranno strumenti di simulazione che ci permetteranno di comprendere le leggi fondamentali della natura, che può portare a nuovi materiali e farmaci".

Il gruppo svilupperà ulteriormente la tecnologia per renderla compatibile con l'elettronica tipica, che comporterà la riduzione delle tensioni utilizzate nel setup sperimentale.

Errando Herranz afferma che il gruppo mira a integrare il processo di fabbricazione nelle fonderie di semiconduttori che già fabbricano ottiche su chip, un passaggio necessario per realizzare circuiti ottici quantistici abbastanza grandi da soddisfare alcune delle promesse delle tecnologie quantistiche.