Dentro brevemente
- Os pesquisadores desenvolveram uma interface quântica que permite a transferência de informações quânticas entre centros de diamante NV e qubits fotônicos de intervalo de tempo de 795 nm, uma etapa que pode levar à construção de uma Internet quântica.
- A pesquisa utilizou uma técnica de conversão de frequência em dois estágios para combinar as propriedades dos fótons, alcançando o teletransporte quântico com uma fidelidade que excede os limites clássicos.
- Desenvolvimentos futuros podem incluir a integração de centros NV em cavidades ópticas, testes de defeitos de diamante do grupo IV para taxas de fótons mais altas e melhoria da conversão de frequência em redes quânticas de longo alcance.
Os cientistas desenvolveram uma forma de transferir informações quânticas entre diferentes tipos de sistemas quânticos, um passo que poderia ajudar a construir a Internet quântica do futuro.
Uma equipe de pesquisa liderada pela QuTech & Delft University of Technology relata que eles criaram uma interface quântica que pode transferir informações quânticas entre centros de vacância de nitrogênio (NV) de diamante e qubits fotônicos de compartimento de tempo. Este trabalho aborda um grande desafio na computação quântica: conectar diferentes tipos de componentes de hardware quântico, que antecipadamente seriam necessários para sistemas de comunicação quântica confiáveis e incontroláveis.
O estudo, publicado na npj Quantum Information, apresenta um experimento de prova de conceito que demonstra a viabilidade de conectar diferentes dispositivos de rede quântica.
Os pesquisadores usaram um processo de conversão quântica de dois estágios para combinar as propriedades dos qubits fotônicos com as dos fótons centrais NV. Este alinhamento permitiu o teletransporte quântico de qubits de intervalo de tempo de 795 nm para o qubit de rotação central NV com fidelidade excedendo as limitações clássicas.
Qubits de intervalo de tempo de 795 nm são um tipo específico de bit quântico (qubit) usado para comunicação quântica. Quando você decompõe, 795 nanômetros refere-se ao comprimento de onda da luz usado para representar um qubit, um comprimento de onda que cai na região do infravermelho próximo do espectro eletromagnético. Qubits de intervalo de tempo são qubits codificados usando o horário em que um fóton chega. A informação é transportada por fótons que existem no auge de estar em dois intervalos de tempo ou intervalos de tempo diferentes. A codificação time-bin é muito robusta contra ruído e perda durante a transmissão, tornando-a adequada para comunicação quântica de longo alcance.
Os pesquisadores escrevem que isso é importante porque é importante porque esse processo envolve várias tecnologias quânticas, como canais de comunicação fotônica e memórias quânticas fortes. Esses qubits são compatíveis com memórias quânticas que funcionam com átomos como Túlio e Rubídio, que facilitam a transferência e armazenamento de informações quânticas em diversas plataformas computacionais. Segundo o artigo, para criar, por exemplo, a internet quântica do futuro – uma rede que permitirá comunicação altamente segura, computação quântica distribuída e aplicações de detecção avançada – a compatibilidade entre a fotônica e o estado sólido pode ser importante.
Desenvolvimento de Interface Quântica
A interface consiste em três componentes principais: um módulo de conversão de frequência, um canal de interferência e um mecanismo de feedback em tempo real. O módulo de conversão de frequência usa um processo de dois estágios para converter fótons de 795 nm em fótons de 637 nm, alcançando uma eficiência de conversão de 3%. O canal de interferência combina os fótons convertidos com os fótons do centro NV no divisor de feixe, ajudando a medir a condição de Bell – a operação quântica básica. O sistema de feedback em tempo real aplica ajustes ao qubit de spin NV com base no resultado da medição.
O nó da rede quântica central Diamond NV e os qubits fotônicos de intervalo de tempo de 795 nm eram compatíveis com as memórias quânticas de Túlio e Rubídio. Os pesquisadores geraram qubits fotônicos de intervalo de tempo a 795 nm a partir de estados fracos coerentes usando moduladores de potência e fase, dimensionando o modulador de intensidade para imitar o perfil temporal de um fóton NV dentro de uma janela de 30 nanossegundos. Este método produziu condições fotônicas compatíveis com o armazenamento e recuperação de memórias quânticas de estado sólido dopadas com túlio e memórias quânticas baseadas em gás rubídio.
Implicações da rede quântica
O desenvolvimento de uma interface quântica que possa conectar perfeitamente hardware de rede quântica é importante para diversas técnicas, incluindo o fornecimento de muitas maneiras de melhorar a computação quântica.
Os vários componentes de hardware das memórias quânticas e nós de rede são baseados em sistemas semelhantes aos atômicos com propriedades diferentes, tornando difícil combinar seus qubits fotônicos. A solução dos pesquisadores aborda esse problema usando um processo de conversão de frequência em dois estágios que converte fótons de 795 nm em fótons de 637 nm, que correspondem às propriedades dos fótons do centro NV.
Desenvolvimento de conversão
Ainda há muito trabalho a ser feito. Por exemplo, embora a investigação mostre que é possível ligar diferentes hardwares de rede quântica, a eficiência de conversão de 3% mostra uma área a melhorar. Otimizar essa eficiência é importante para aplicações executadas em redes quânticas.
No entanto, existem muitos caminhos para pesquisas futuras, escreve a equipe. Por exemplo, pesquisas futuras poderiam se concentrar em melhorar essa eficiência de conversão e testar a integração dessa interface com outras plataformas de hardware quântico.
Em outra rota, os cientistas podem usar memórias quânticas sincronizadas com emissões de fótons de centros NV e combinar centros NV em cavidades virtuais para aumentar as taxas de emissão de fótons.
Testar os defeitos centrais de diferentes cores em diamantes – como “elementos do grupo IV” ou elementos da quarta coluna da tabela periódica, como carbono, silício e germânio – também pode ser promissor devido à sua alta emissão de fótons e nanofotônica. compatibilidade. propriedades. Além disso, plataformas que usam centros de defeitos em carboneto de silício (SiC), silício (Si) e pontos quânticos ópticos podem fornecer alternativas viáveis para processadores quânticos.
Os esforços para melhorar a configuração de conversão de frequência para frequências de telecomunicações podem permitir a transmissão de fótons em longas distâncias, levando a redes quânticas eficientes para comunicação global.
A equipe de pesquisa incluiu Mariagrazia Iuliano, Marie-Christine Slater, Arian J. Stolk, Matthew J. Weaver, Tanmoy Chakraborty, Elsie Loukiantchenko, Gustavo C. do Amaral, Nir Alfasi, Mariya O. Sholkina e Ronald Hanson da QuTech & Kavli Instituto. de Nanociência, Delft University of Technology, Delft, Holanda. Wolfgang Tittel contribuiu do Departamento de Física Aplicada da Universidade de Genebra, Suíça.
