- Los científicos filtran intencionalmente fotones dentro de un chip de silicio para estudiar el desorden cuántico
- El ruido cuántico se convierte en datos medibles en lugar de interferencias inútiles durante las pruebas
- Un chip fotónico de silicio estudia un entorno cuántico desordenado utilizando una trayectoria de luz programable
Un equipo de investigación del KTH Royal Institute of Technology ha desarrollado un chip de silicio que utiliza luz en lugar de electricidad.
El chip no intenta eliminar el ruido cuántico (las fluctuaciones aleatorias que normalmente estropean los cálculos); en cambio, el dispositivo permite deliberadamente que ciertas partículas de luz, llamadas fotones, escapen en un camino controlado.
A medida que estos fotones escapan, los científicos pueden medir exactamente lo que se pierde y utilizar esa información de manera productiva.
“El chip nos permite simular esos procesos no ideales de forma controlada”, dijo Govinda Krishna, estudiante de doctorado de KTH.
Una parte de estos fotones que viajan se redirige a una salida separada que actúa como un entorno o canal de pérdida, esencialmente un recipiente de captura designado para las partículas que escapan.
Los investigadores miden cuidadosamente este canal para rastrear el destino de los fotones individuales a lo largo de cada experimento.
Las señales eléctricas determinan cuánta luz abandona el camino principal y entra en este camino lateral, lo que significa que los científicos pueden ampliar o reducir la fuga cuando se les ordene en lugar de asumir una tasa de pérdida fija.
El profesor asociado de KTH, Ali Elshari, señala que el dispositivo actúa como un cruce ferroviario programable para luz cuántica.
“Al cambiar la señal de control, podemos decidir si los fotones permanecen en su mayoría en la trayectoria original, divergen en su mayoría hacia el canal de pérdida o terminan en superposición dependiendo de su interferencia cuántica”.
Convertir viejos problemas en posibles soluciones
Los dispositivos cuánticos reales siempre sufren fugas de energía, señales que se desvanecen y ruido ambiental.
Los científicos generalmente consideran cualquier cosa que vaya más allá de la imagen perfecta de un libro de texto como un desperdicio inútil que debe ser completamente ignorado.
Este nuevo chip adopta ese desorden como una característica más que como un defecto, poniendo patas arriba la sabiduría convencional.
“Nuestro chip nos proporciona una forma controlada de estudiar cómo fluye la información cuántica… cuando los materiales que sólo se consideraban problemas, como las pérdidas, pueden convertirse en recursos útiles”, dijo el coautor Jun Gao, profesor asociado de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Huazhong.
El chip utiliza fotones como sustituto de las partículas en cualquier sistema natural, lo que permite a los científicos estudiar el comportamiento del mundo real en lugar de imaginaciones idealizadas.
La mayoría de los experimentos cuánticos sólo examinan configuraciones idealizadas que ignoran por completo las perturbaciones del mundo real.
Sin embargo, comprender cómo se comportan los sistemas cuánticos bajo imperfecciones realistas es importante para las aplicaciones prácticas.
“Comprender cómo se comportan los sistemas cuánticos en este desorden es crucial si queremos que nuestros experimentos nos digan algo sobre la naturaleza tal como es realmente, no sólo la configuración ideal”, explica Krishna.
Esta configuración estrictamente controlada permite a los equipos reproducir y estudiar repetidamente el comportamiento de los fotones en diferentes configuraciones del sistema, lo que les brinda un laboratorio para detectar imperfecciones.
Este estudio demuestra un método ingenioso para estudiar las fugas de energía en un laboratorio controlado con partículas de luz.
Pero si las imperfecciones pueden realmente convertirse en activos fuera de la experimentación controlada es una cuestión completamente abierta en este momento.
La brecha entre un chip de silicio de prueba de principio y una computadora cuántica comercialmente viable sigue siendo enorme y en gran medida desconocida.
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