La computación cuántica representa una tecnología potencialmente innovadora que podría superar con creces las limitaciones técnicas de los sistemas informáticos modernos-actuales para algunas tareas. Sin embargo, armar computadoras cuánticas prácticas y a gran-escala sigue siendo un desafío, particularmente debido a las técnicas complejas y delicadas involucradas.
En algunos sistemas de computación cuántica, los iones individuales (átomos cargados como el estroncio) quedan atrapados y expuestos a campos electromagnéticos, incluida la luz láser, para producir ciertos efectos, que se utilizan para realizar cálculos. Dichos circuitos requieren que se introduzcan muchas longitudes de onda de luz diferentes en diferentes posiciones del dispositivo, lo que significa que numerosos rayos láser deben disponerse adecuadamente y enviarse al área designada. En estos casos, las limitaciones prácticas de distribuir muchos haces de luz diferentes dentro de un espacio limitado se convierten en una dificultad.
Para abordar esto, investigadores de la Universidad de Osaka investigaron formas únicas de entregar luz en un espacio limitado. Su trabajo reveló un circuito nanofotónico energéticamente-eficiente con fibras ópticas unidas a guías de ondas para enviar seis rayos láser diferentes a sus destinos. Los hallazgos han sido publicados enAPL cuántico.
"Aún no se han desarrollado métodos prácticos y escalables para configurar circuitos fotónicos asociados con computadoras cuánticas de iones- atrapados para permitir la entrega de luz láser", dice el autor Alto Osada. "Para superar este desafío, queríamos crear un método eficiente que tenga en cuenta todas las zonas de captura en una trampa de iones".
Como parte de la investigación, las guías de ondas tuvieron que dividirse y reorganizarse de manera creativa dentro del circuito para transmitir los diferentes rayos láser a las ubicaciones correctas. Los diseños también debían tener en cuenta la capacidad de encender y apagar los rayos láser de forma independiente, proporcionando al mismo tiempo la mayor eficiencia energética posible.
Los patrones de guía de ondas resultantes adoptan la apariencia de tapices complejos y llamativos-a medida que los rayos láser se cruzan entre sí y se mueven a través de los circuitos.
"Nuestro trabajo muestra que este enfoque puede permitir varios cientos de qubits en un solo chip", señala Osada. Los qubits se refieren a las unidades básicas de la computación cuántica, sobre las cuales se ejecutan los algoritmos cuánticos para abordar problemas del mundo real-.
Los investigadores utilizaron dos métodos para formar patrones, conocidos como clasificación de burbujas y duplicación en bloques. Se descubrió que ambos patrones tenían ventajas, y los investigadores sugirieron que la elección entre los dos dependería de factores como la cantidad de rayos láser necesarios y las pérdidas de elementos fotónicos. El estudio destacó con éxito la viabilidad y el potencial de utilizar patrones complejos de guías de ondas en circuitos para llevar haces de luz a iones atrapados.
Esta investigación ofrece interesantes implicaciones de que el mismo concepto podría aplicarse no sólo a la computación cuántica sino también a la fabricación de sistemas ópticos avanzados, lo que representa un importante avance tecnológico con una amplia gama de aplicaciones.
