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Un conmutador óptico sin calor impulsa la tecnología de computación cuántica

Un nuevo método para controlar fotones individuales sin generar calor permite integrar conmutadores ópticos y detectores de fotón único en un único chip.

Economía digital

La labor de los investigadores del Real Instituto de Tecnología (KTH) de Suecia y de la Universidad Johannes Kepler de Linz (Austria) permite integrar conmutadores ópticos y detectores de fotón único en un único chip. Con el apoyo del proyecto S2QUIP, financiado con fondos europeos, el equipo de investigación contribuyó a impulsar el ámbito de la computación cuántica mediante el desarrollo de un nuevo método sin calor para controlar fotones individuales. La labor y los hallazgos del equipo están publicados en la revista «Nature Communications». Los conmutadores ópticos modernos funcionan mediante el calentamiento de guías de luz dentro de un chip semiconductor. «Este método no funciona en la óptica cuántica», destaca Samuel Gyger, autor principal del KTH, socio del proyecto S2QUIP, en un artículo publicado en el sitio web «EurekAlert!». «Dado que pretendemos detectar todos los fotones individuales, usamos detectores cuánticos que funcionan al medir el calor que genera un fotón individual cuando lo absorbe un material superconductor. Si usáramos conmutadores tradicionales, nuestros detectores se desbordarían por el calor y, en consecuencia, no funcionarían», explica Gyger. Por lo tanto, el calor generado por los circuitos fotónicos reconfigurables no es compatible con los detectores de fotón único superconductores sensibles al calor, lo cual provoca que la integración de esos circuitos y detectores en un solo chip sea difícil.

Eliminar el calor de la ecuación del conmutador óptico

A fin de resolver este problema, los investigadores desarrollaron un conmutador óptico que se reconfigura con movimientos electromecánicos microscópicos, en vez de calor. De este modo, los fotones individuales se pueden controlar sin que el chip semiconductor caliente e incapacite los detectores de fotón único. Eso permite que el conmutador sea compatible con los detectores sensibles al calor, lo que permite a su vez integrarlo en un único chip. Además de demostrar la compatibilidad en un chip de los circuitos fotónicos reconfigurables y los detectores de fotón único superconductores, los investigadores también demostraron tres funcionalidades esenciales de las tecnologías cuánticas fotónicas. Se trata del enrutamiento reconfigurable de la luz cuántica y clásica, la detección de rangos de alta dinámica de fotones individuales y la estabilización eléctrica de la excitación óptica mediante un bucle de retroalimentación. Sus resultados mostraron que la combinación de sistemas microelectromecánicos con detectores de fotón único de nanocables superconductores «no solo permite la integración en un chip del principal componente básico de la óptica cuántica, sino también de dispositivos para el control adaptativo, la supervisión y la estabilización de la óptica cuántica y clásica», revela el estudio. «Nuestra tecnología ayudará a conectar todos los componentes básicos que necesitan los circuitos integrados ópticos para las tecnologías cuánticas», comenta en el artículo de «EurekAlert!» Carlos Errando-Herranz del KTH y coautor del trabajo. «Las tecnologías cuánticas darán lugar a la codificación segura de mensajes y métodos de computación para resolver problemas fuera del alcance de los ordenadores actuales. Además, ofrecerán herramientas de simulación que nos permitirán entender las leyes fundamentales de la naturaleza, lo cual puede dar lugar a nuevos materiales y medicamentos». S2QUIP (Scalable Two-Dimensional Quantum Integrated Photonics) se propone contribuir a un cambio de paradigma en el desarrollo de fuentes de luz cuántica integradas en un chip que sean rentables y modulables. El proyecto finalizará en marzo de 2022. Para más información, consulte: Sitio web del proyecto S2QUIP

Palabras clave

S2QUIP, cuántico, detectores de fotón único, conmutador óptico, chip

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