Per la prima volta, i ricercatori hanno generato con successo una luce fortemente non classica utilizzando una sorgente di luce modulare basata su una guida d'onda. Il risultato rappresenta un passo cruciale verso la creazione di computer quantistici ottici più veloci e pratici.

"Il nostro obiettivo è migliorare notevolmente l'elaborazione delle informazioni sviluppando computer quantistici più veloci in grado di eseguire qualsiasi tipo di calcolo senza errori", ha affermato Kan Takase, membro del team di ricerca dell'Università di Tokyo. "Sebbene ci siano diversi modi per creare un computer quantistico, gli approcci basati sulla luce sono promettenti perché il processore di informazioni può funzionare a temperatura ambiente e la scala di calcolo può essere facilmente ampliata."

Nella rivista Optica Publishing Group Optics Express , un team multiistituzionale di ricercatori dal Giappone descrive il modulo dell'amplificatore parametrico ottico (OPA) in guida d'onda che ha creato per esperimenti quantistici. La combinazione di questo dispositivo con un rilevatore di fotoni appositamente progettato ha consentito loro di generare uno stato di luce noto come gatto di Schrödinger, che è una sovrapposizione di stati coerenti.

"Il nostro metodo per generare luce quantistica può essere utilizzato per aumentare la potenza di calcolo dei computer quantistici e per rendere più compatto il processore di informazioni", ha affermato Takase. "Il nostro approccio supera i metodi convenzionali e la guida d'onda modulare OPA è facile da usare e da integrare nei computer quantistici."

Generare una luce fortemente non classica

La luce compressa a onda continua viene utilizzata per generare i vari stati quantistici necessari per eseguire il calcolo quantistico. Per ottenere le migliori prestazioni di calcolo, la sorgente di luce compressa deve mostrare livelli di perdita di luce molto bassi ed essere a banda larga, il che significa che include un'ampia gamma di frequenze.

"Vogliamo aumentare la frequenza di clock dei computer quantistici ottici, che possono, in linea di principio, raggiungere frequenze terahertz", ha affermato Takase. "Frequenze di clock più elevate consentono un'esecuzione più rapida delle attività di calcolo e consentono di accorciare le linee di ritardo nei circuiti ottici. Ciò rende i computer quantistici ottici più compatti e allo stesso tempo facilita lo sviluppo e la stabilizzazione dell'intero sistema."

Gli OPA utilizzano cristalli ottici non lineari per generare luce compressa, ma gli OPA convenzionali non generano la luce quantistica con le proprietà necessarie per un calcolo quantistico più veloce. Per superare questa sfida, i ricercatori dell'Università di Tokyo e NTT Corporation hanno sviluppato un OPA basato su un dispositivo a guida d'onda che raggiunge un'elevata efficienza confinando la luce in un cristallo stretto.

Progettando accuratamente la guida d'onda e realizzandola con un'elaborazione di precisione, sono stati in grado di creare un dispositivo OPA con una perdita di propagazione molto inferiore rispetto ai dispositivi convenzionali. Può anche essere modularizzato per l'uso in vari esperimenti con le tecnologie quantistiche.

Progettare il rilevatore giusto

Il dispositivo OPA è stato progettato per creare luce compressa alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni, una regione di lunghezza d'onda che tende a mostrare basse perdite. Per completare il sistema, i ricercatori avevano bisogno di un rilevatore di fotoni ad alte prestazioni che funzionasse alle lunghezze d'onda delle telecomunicazioni. Tuttavia, i rilevatori di fotoni standard basati su semiconduttori non soddisfano i requisiti di prestazione per questa applicazione.

Pertanto, i ricercatori dell'Università di Tokyo e del National Institute of Information and Communications Technology (NICT) hanno sviluppato un rivelatore progettato specificamente per l'ottica quantistica. Il nuovo rivelatore di fotoni a nanostrisce superconduttori (SNSPD) utilizza la tecnologia della superconduttività per rilevare i fotoni.

"Abbiamo combinato la nostra nuova guida d'onda OPA con questo rivelatore di fotoni per generare uno stato di luce altamente non classico o quantistico chiamato gatto di Schrödinger", ha affermato Takase. "La generazione di questo stato, che è difficile con gli OPA in guida d'onda convenzionali a bassa efficienza, conferma le elevate prestazioni del nostro OPA in guida d'onda e apre la possibilità di utilizzare questo dispositivo per un'ampia gamma di esperimenti quantistici."

I ricercatori stanno ora esaminando come combinare le tecniche di misurazione ad alta velocità con la nuova guida d'onda OPA per avvicinarsi al loro obiettivo di calcolo quantistico ottico ultraveloce. + Esplora ulteriormente

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