La informàtica quàntica representa una tecnologia innovadora potencial que podria superar amb escreix les limitacions tècniques dels sistemes informàtics-moderns per a algunes tasques. No obstant això, muntar ordinadors quàntics pràctics a gran-escala continua sent un repte, sobretot a causa de les tècniques complexes i delicades que s'hi impliquen.
En alguns sistemes de computació quàntica, els ions individuals (àtoms carregats com l'estronci) queden atrapats i exposats a camps electromagnètics, inclosa la llum làser, per produir certs efectes, utilitzats per realitzar càlculs. Aquests circuits requereixen que s'introdueixin moltes longituds d'ona de llum diferents en diferents posicions del dispositiu, el que significa que s'han de disposar i lliurar correctament nombrosos raigs làser a l'àrea designada. En aquests casos, les limitacions pràctiques de lliurar molts feixos de llum diferents dins d'un espai limitat es converteixen en una dificultat.
Per solucionar-ho, investigadors de la Universitat d'Osaka van investigar maneres úniques d'oferir llum en un espai limitat. El seu treball va revelar un circuit nanofotònic-eficient energèticament amb fibres òptiques connectades a guies d'ones per lliurar sis raigs làser diferents a les seves destinacions. Les troballes s'han publicat aAPL Quantum.
"Encara no s'han desenvolupat mètodes pràctics i escalables per configurar circuits fotònics associats amb ordinadors quàntics d'ions atrapats-per permetre el lliurament de llum làser", diu l'autor Alto Osada. "Per superar aquest repte, hem volgut crear un mètode eficient que tingui en compte totes les zones d'atrapament en una trampa d'ions".
Com a part de la investigació, les guies d'ona es van haver de dividir i reorganitzar de manera creativa dins dels circuits per transmetre els diferents raigs làser a les ubicacions correctes. Els dissenys també havien de tenir en compte la capacitat d'apagar i encendre els raigs làser de manera independent, alhora que proporcionaven la màxima eficiència energètica possible.
Els patrons de guies d'ones resultants prenen l'aspecte de tapissos complexos i-atractius a mesura que els raigs làser es creuen els uns sobre els altres i es mouen pels circuits.
"El nostre treball demostra que aquest enfocament pot permetre diversos centenars de qubits en un sol xip", assenyala Osada. Qubits fa referència a les unitats bàsiques de la informàtica quàntica, sobre les quals s'executen algorismes quàntics per abordar problemes-del món real.
Els investigadors van utilitzar dos enfocaments per formar patrons, anomenats classement de bombolles i duplicació per blocs. Es va trobar que tots dos patrons tenien avantatges, i els investigadors van suggerir que l'elecció entre els dos dependria de factors com el nombre de raigs làser necessaris i les pèrdues d'elements fotònics. L'estudi va destacar amb èxit la viabilitat i el potencial d'utilitzar patrons complexos de guies d'ones en circuits per portar feixos de llum als ions atrapats.
Aquesta investigació ofereix implicacions interessants que el mateix concepte es podria aplicar no només a la informàtica quàntica sinó a la fabricació de sistemes òptics avançats, la qual cosa representa un avenç tecnològic important amb una àmplia gamma d'aplicacions.
