A computação quântica representa uma tecnologia potencialmente inovadora que pode superar em muito as limitações técnicas dos sistemas de computação modernos-para algumas tarefas. No entanto, montar computadores quânticos práticos e de grande-escala continua sendo um desafio, especialmente devido às técnicas complexas e delicadas envolvidas.
Em alguns sistemas de computação quântica, íons únicos (átomos carregados como o estrôncio) são presos e expostos a campos eletromagnéticos, incluindo luz laser, para produzir certos efeitos, usados para realizar cálculos. Tais circuitos exigem que muitos comprimentos de onda diferentes de luz sejam introduzidos em diferentes posições do dispositivo, o que significa que numerosos feixes de laser devem ser adequadamente organizados e entregues na área designada. Nestes casos, as limitações práticas de distribuir muitos feixes de luz diferentes dentro de um espaço limitado tornam-se uma dificuldade.
Para resolver isso, pesquisadores da Universidade de Osaka investigaram maneiras únicas de fornecer luz em um espaço limitado. O trabalho deles revelou um circuito nanofotônico-com eficiência energética com fibras ópticas anexadas a guias de onda para enviar seis feixes de laser diferentes aos seus destinos. As descobertas foram publicadas emAPL Quantum.
"Métodos práticos e escaláveis de configuração de circuitos fotônicos associados a computadores quânticos de íons -capturados para permitir o fornecimento de luz laser ainda não foram desenvolvidos", diz o autor Alto Osada. "Para superar esse desafio, queríamos criar um método eficiente que contasse todas as zonas de captura em uma armadilha de íons."
Como parte da pesquisa, os guias de onda tiveram que ser divididos e reorganizados de forma criativa dentro do circuito para transmitir os diferentes feixes de laser aos locais corretos. Os projetos também tiveram que levar em consideração a capacidade de desligar e ligar os raios laser de forma independente, proporcionando ao mesmo tempo a maior eficiência energética possível.
Os padrões de guia de onda resultantes assumem a aparência de tapeçarias complexas e atraentes-à medida que os feixes de laser se cruzam e se movem pelos circuitos.
“Nosso trabalho mostra que esta abordagem pode permitir várias centenas de qubits em um único chip”, ressalta Osada. Qubits se referem às unidades básicas da computação quântica, nas quais algoritmos quânticos são executados para resolver problemas-do mundo real.
Os pesquisadores utilizaram duas abordagens para formar padrões, conhecidas como classificação por bolha e duplicação em blocos. Descobriu-se que ambos os padrões apresentam vantagens, com os pesquisadores sugerindo que a escolha entre os dois dependeria de fatores como o número de feixes de laser necessários e as perdas de elementos fotônicos. O estudo destacou com sucesso a viabilidade e o potencial do uso de padrões complexos de guias de ondas em circuitos para trazer feixes de luz para íons presos.
Esta pesquisa oferece implicações interessantes de que o mesmo conceito poderia ser aplicado não apenas à computação quântica, mas também à fabricação de sistemas ópticos avançados, representando um importante avanço tecnológico com uma ampla gama de aplicações.
