Em um impulso potencial para computação quântica e comunicação, uma colaboração de pesquisa europeia relatou um novo método de controlar e manipular fótons únicos sem gerar calor. A solução torna possível integrar switches ópticos e detectores de fóton único em um único chip.
Publicando na Nature Communications, a equipe relatou ter desenvolvido um switch ótico que é reconfigurado com movimento mecânico microscópico ao invés de calor, tornando o switch compatível com detectores de fóton único sensíveis ao calor.
Os switches ópticos em uso hoje funcionam aquecendo localmente as guias de luz dentro de um chip semicondutor. “Esta abordagem não funciona para a óptica quântica”, diz o co-autor Samuel Gyger, estudante de doutorado no KTH Royal Institute of Technology em Estocolmo.
“Como queremos detectar cada fóton, usamos detectores quânticos que funcionam medindo o calor que um único fóton gera quando absorvido por um material supercondutor”, diz Gyger. “Se usarmos switches ópticos tradicionais, nossos detectores serão inundados pelo calor e, portanto, não funcionarão.”
O novo método permite o controle de fótons únicos sem a desvantagem de aquecer um chip semicondutor e, assim, inutilizar os detectores de fóton único, diz Carlos Errando Herranz, que concebeu a ideia de pesquisa e liderou o trabalho na KTH como parte do projeto European Quantum Flagship, S2QUIP.
Usando a atuação microeletromecânica (MEMS), a solução permite a comutação óptica e a detecção de fótons em um único chip semicondutor, enquanto mantém as temperaturas frias exigidas pelos detectores de fóton único.
“Nossa tecnologia ajudará a conectar todos os blocos de construção necessários para circuitos ópticos integrados para tecnologias quânticas”, diz Errando Herranz.
“As tecnologias quânticas permitirão criptografia de mensagens seguras e métodos de computação que resolvem problemas que os computadores de hoje não conseguem”, diz ele. “E eles fornecerão ferramentas de simulação que nos permitirão entender as leis fundamentais da natureza, que podem levar a novos materiais e medicamentos.”
O grupo desenvolverá ainda mais a tecnologia para torná-la compatível com a eletrônica típica, o que envolverá a redução das tensões utilizadas na montagem experimental.
Errando Herranz diz que o grupo pretende integrar o processo de fabricação em fundições de semicondutores que já fabricam óptica on-chip – uma etapa necessária para fazer circuitos ópticos quânticos grandes o suficiente para cumprir algumas das promessas das tecnologias quânticas.
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