Investigadores han logrado un avance importante en la ampliación de la tecnología cuántica al integrar el detector de luz cuántico más pequeño del mundo en un chip de silicio.
Un momento crítico para desbloquear la era de la información fue cuando los científicos e ingenieros pudieron miniaturizar transistores en microchips baratos en la década de 1960.
Ahora, por primera vez, académicos de la Universidad de Bristol han demostrado la integración de un detector de luz cuántica (más pequeño que un cabello humano) en un chip de silicio, acercándonos un paso más a la era de las tecnologías cuánticas que utilizan la luz. Publican resultados en Science Advances.
Fabricar electrónica y fotónica de alto rendimiento a escala es fundamental para hacer realidad la próxima generación de tecnologías de la información avanzadas. Descubrir cómo crear tecnologías cuánticas en instalaciones comerciales existentes es un esfuerzo internacional en curso que están abordando investigadores universitarios y empresas de todo el mundo.
Podría resultar crucial para la computación cuántica poder fabricar hardware cuántico de alto rendimiento a escala debido a la gran cantidad de componentes previstos para construir incluso una sola máquina.
Para lograr este objetivo, investigadores de la Universidad de Bristol han demostrado un tipo de detector de luz cuántico que se implementa en un chip con un circuito que ocupa 80 micrómetros por 220 micrómetros.
Fundamentalmente, el pequeño tamaño significa que el detector de luz cuántica puede ser rápido, lo cual es clave para desbloquear las comunicaciones cuánticas de alta velocidad y permitir el funcionamiento de alta velocidad de las computadoras cuánticas ópticas.
El uso de técnicas de fabricación establecidas y comercialmente accesibles contribuye a las perspectivas de una pronta incorporación a otras tecnologías como la detección y las comunicaciones.
"Este tipo de detectores se denominan detectores homodinos y aparecen en todas partes en aplicaciones de óptica cuántica", explica el profesor Jonathan Matthews, que dirigió la investigación y es director de los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica.
"Operan a temperatura ambiente y se pueden utilizar para comunicaciones cuánticas, en sensores increíblemente sensibles, como detectores de ondas gravitacionales de última generación, y existen diseños de computadoras cuánticas que usarían estos detectores".
En 2021, el equipo de Bristol demostró cómo vincular un chip fotónico con un chip electrónico separado puede aumentar la velocidad de los detectores de luz cuánticos; ahora, con un único chip electrónico-fotónico integrado, el equipo ha aumentado aún más la velocidad en un factor de 10 y, al mismo tiempo, ha reducido la huella. por un factor de 50.
Si bien estos detectores son rápidos y pequeños, también son sensibles.
"La clave para medir la luz cuántica es la sensibilidad al ruido cuántico", explica el autor, el Dr. Giacomo Ferranti. "La mecánica cuántica es responsable de un nivel mínimo y fundamental de ruido en todos los sistemas ópticos. El comportamiento de este ruido revela información sobre qué tipo de luz cuántica viaja en el sistema, puede determinar qué tan sensible puede ser un sensor óptico y se puede utilizar para reconstruir matemáticamente estados cuánticos. En nuestro estudio, era importante demostrar que hacer el detector más pequeño y más rápido no bloqueaba su sensibilidad para medir estados cuánticos".
Los autores señalan que hay investigaciones más interesantes por hacer en la integración de otro hardware de tecnología cuántica disruptiva hasta la escala de chip. Con el nuevo detector, es necesario mejorar la eficiencia y queda trabajo por hacer para probar el detector en muchas aplicaciones diferentes.
El profesor Matthews añadió: "Construimos el detector con una fundición comercialmente accesible para que sus aplicaciones sean más accesibles. Si bien estamos increíblemente entusiasmados con las implicaciones en una gama de tecnología cuántica, es fundamental que nosotros, como comunidad, sigamos abordando el problema". El desafío de la fabricación escalable de tecnología cuántica.
"Sin demostrar una fabricación verdaderamente escalable de hardware cuántico, el impacto y los beneficios de la tecnología cuántica se retrasarán y serán limitados".
