Anonim

El nuevo resonador de micro anillos crea enredos cuánticos en un chip de silicio

Computación cuántica

Colin Jeffrey

28 de enero de 2015

Un nuevo resonador de micro anillos produce una corriente de fotones enredados en un microchip (Imagen: Università degli Studi di Pavia)

El entrelazamiento cuántico de partículas, como los fotones, es un requisito previo para las nuevas y futuras tecnologías de computación cuántica, telecomunicaciones y seguridad cibernética. Sin embargo, las aplicaciones del mundo real que aprovechan esta tecnología no se realizarán completamente hasta que los dispositivos que producen tales estados cuánticos abandonen los ámbitos del laboratorio y se hagan lo suficientemente pequeños y eficientes en cuanto a la energía para ser integrados en equipos electrónicos. En este sentido, los científicos europeos han creado e instalado un pequeño "resonador de anillo" en un microchip que se dice que produce una gran cantidad de fotones enredados al tiempo que usa muy poco poder para hacerlo.

Los fotones enredados se han producido antes en un chip de silicio, pero el número de pares producidos era bajo, y la cantidad de energía requerida para lograrlo era prohibitivamente alta, especialmente en un dispositivo de baja potencia como un chip de silicio. Aquí es donde el nuevo resonador de micro-anillos reclama sus puntos de diferencia.

Creado en un esfuerzo de colaboración entre científicos de la Università degli Studi di Pavia, Italia, las Universidades de Glasgow y Strathclyde, Escocia, y la Universidad de Ontario, Canadá, el nuevo resonador de micro anillos en el corazón de este trabajo toma la forma de un bucle grabado en un sustrato de oblea de silicio. Al diseñar con precisión las propiedades de este pequeño dispositivo, los investigadores han hecho que produzcan luz en forma de fotones enredados. Y, al mantener su tamaño hasta el nivel de micras y lograr una eficiencia energética excepcional, también lo han convertido en un candidato ideal para su uso como componente en chip.

"La principal ventaja de nuestra nueva fuente es que es al mismo tiempo pequeña, brillante y basada en silicona", dijo Daniele Bajoni, investigador de la Università degli Studi di Pavia. "El diámetro del resonador de anillo es de apenas 20 micrones, que es aproximadamente una décima parte del ancho de un cabello humano. Las fuentes anteriores eran cientos de veces más grandes que las que desarrollamos".

Como los emisores de fotones enredados ordinarios generalmente se producen con cristales especiales y no se pueden miniaturizar a menos de un par de milímetros, los investigadores buscaron alternativas en su investigación inicial. Sobre la base de un componente optoelectrónico existente, el micro-anillo, los científicos pronto se dieron cuenta de que estos dispositivos, ya grabados en chips de silicio, podrían modificarse para producir fotones mezclados para el entrelazamiento cuántico. Y con requisitos de baja potencia, un resonador incorporado y capaz de producir fotones con un rayo láser de potencia relativamente baja, el resonador de micro anillos proporcionó el entorno ideal para la experimentación de partículas ligeras.

Un resonador de micro-anillo (o anillo óptico) es un dispositivo que esencialmente usa los mismos principios que los que se encuentran en las galerías de susurros, excepto que en lugar del sonido, usan la luz. Cuando la luz de una longitud de onda resonante ( "en sintonía ") con el bucle se ingresa desde un láser a través de una guía de ondas, su intensidad aumenta a medida que completa múltiples circuitos alrededor del dispositivo hasta que finalmente se emite como un haz de fotones muy brillante en La salida..

Después de algunos retoques y ajustes experimentales, los científicos se sintieron muy complacidos al descubrir que el dispositivo de micro-anillos que habían decidido usar era una opción admirable. Cuando el dispositivo fue "bombeado" con un láser, un alto número de fotones subsecuentes que salían del resonador mostraban todas las características distintivas del entrelazamiento cuántico.

"Nuestro dispositivo es capaz de emitir luz con propiedades mecánicas cuánticas sorprendentes nunca observadas en una fuente integrada", dijo Bajoni. "La velocidad a la que se generan los fotones entrelazados no tiene precedentes para una fuente integrada de silicio, y es comparable con la disponible de los cristales a granel que deben ser bombeados por láseres muy fuertes".

Usando una tecnología ya establecida para producir su dispositivo, los científicos confían en que la aplicación de sus modificaciones podría ver pronto la producción de chips de silicio con micro-resonadores incorporados en equipos electrónicos modernos.

"En los últimos años, se han desarrollado dispositivos integrados de silicio para filtrar y enrutar la luz, principalmente para aplicaciones de telecomunicaciones", observó Bajoni. "Nuestros resonadores de micro-anillos se pueden usar fácilmente junto con estos dispositivos, lo que nos lleva a la capacidad de aprovechar al máximo el enredo en un chip".

La investigación fue publicada recientemente en la revista Optics Infobase .

Fuente: OSA

Un nuevo resonador de micro anillos produce una corriente de fotones enredados en un microchip (Imagen: Università degli Studi di Pavia)

Recomendado La Elección Del Editor