Un equip internacional de recerca en què participa l’Institut de Ciència dels Materials de la Universitat de València (ICMUV) ha aconseguit controlar fotons individuals i integrar-los en un xip amb gran precisió per aplicar-los en tecnologies quàntiques acústiques o xarxes fotòniques integrades. El mètode, realitzat mitjançant ones sonores a nanoescala, suposarà un avanç en el camí cap a les tecnologies quàntiques híbrides. La troballa apareix publicada en la revista Nature Communications.
Les ones de llum i so són la columna vertebral tecnològica de les comunicacions modernes. Mentre que les fibres òptiques i el làser formen la World Wide Web, les ones sonores de dimensions nanomètriques s’utilitzen per processar la transmissió sense fils entre smartphones, tauletes o ordinadors portàtils. Estendre aquestes tecnologies als sistemes quàntics, per tal de construir xarxes de comunicació quàntica segures és un repte.
L’equip internacional del qual formen part els investigadors Mauricio M. de Lima i Dominik D. Bühler –de l’Institut de Ciència de Materials de la Universitat de València (ICMUV)– ha aconseguit utilitzar ones sonores per commutar fotons individuals generats en un xip. Aquest mètode, demostrat ací per primera vegada, permet utilitzar els fotons –pel·lícules quàntiques de llum– com a constituents de q-bits –la unitat bàsica d’informació en la computació quàntica–, de manera que puguen utilitzar-se per a tecnologies quàntiques acústiques o xarxes complexes de fotònica quàntica integrada.
“El principi de funcionament del nostre xip ja el coneixíem pel que fa a la llum làser convencional, però ara, en utilitzar fotons individuals, hem aconseguit fer el tan anhelat avanç cap a les tecnologies quàntiques”, comenta Mauricio M. de Lima, que coordina els treballs a Espanya. “Mitjançant l’ús d’ones sonores aplicades durant la propagació de la llum en guies d’ones, som capaços de commutar directament els fotons entre dues eixides del xip a una velocitat sense precedents”, afegeix Dominik Bühler, doctorand en la Universitat de València durant la investigació.
Els científics consideren els resultats una fita en el camí cap a les tecnologies quàntiques híbrides pel fet de combinar sistemes quàntics diferents: punts quàntics, fotons individuals i els fonons – partícules quàntiques de l’ona sonora.
Els xips quàntics híbrids –dissenyats a la Universitat de València i fabricats al Paul-Drude-Institut für Festkörperelektronik (Berlín), amb punts quàntics produïts a la Technische Universität München (TUM) i caracteritzats a l’Institut de Física de la Westfälische Wil Universität (Münster-Alemanya) per D. Bühler i Matthias Weiß– van superar les expectatives que tenia l’equip de recerca.
“Ja estem treballant a fons per millorar el nostre xip. L’objectiu és programar l’estat quàntic dels fotons i controlar fotons de diferents colors entre quatre o més eixides”, afirma Mauricio de Lima. “Ens beneficiem d’una característica única de les ones sonores a nanoescala: es propaguen pràcticament sense pèrdues a la superfície del xip, un avantatge a l’hora d’integrar múltiples dispositius”, afegeix el físic alemany Hubert Krenner, que lidera la investigació a la Westfälische Wilhelms-Universität.
El treball compta amb finançament de la Unió Europea dins del programa marc Horitzó 2020 (acord de subvenció Marie Skłodowska Curie 642688).
Referència:
Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline D. S. Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr, Hubert J. Krenner (2022): On-chip generation and dynamic piezo-optomechanical rotation of single photons. Nature Communications 13, número d’article: 6998; DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
Llista d'enllaços:
