¿Metasuperficies como procesadores para computación cuántica?
TECNOLOGÍA CUÁNTICA.
En la carrera hacia las primeras versiones definitivamente prácticas de las computadoras cuánticas y de las redes cuánticas, los fotones (las partículas de la luz) ofrecen posibilidades interesantes como portadores rápidos de información a temperatura ambiente.
Los fotones suelen controlarse y conducirse a estados cuánticos mediante guías de ondas en chips o a través de dispositivos voluminosos construidos con lentes, espejos y divisores de haz. Con el procedimiento adecuado, los fotones se entrelazan cuánticamente (lo que les permite codificar y procesar información cuántica en paralelo) a través de redes complejas de estos componentes ópticos. Sin embargo, estos sistemas son muy difíciles de ampliar debido a la gran cantidad de las piezas necesarias para realizar cualquier cálculo o conexión en red significativa, y a las imperfecciones que a menudo arrastran las piezas de esa clase.
Recreación artística de las capacidades cuánticas logradas con la nueva clase de metasuperficies. Ilustración: Joshua Mornhinweg
¿Podrían todos esos componentes ópticos reducirse a un único conjunto esencialmente plano y ultrafino de elementos sublongitud de onda que controlen la luz exactamente de la misma manera, pero con muchas menos piezas fabricadas?
Parece que sí, a juzgar por lo que ha conseguido un equipo integrado, entre otros, por Federico Capasso y Kerolos M. A. Yousef, de la Escuela John A. Paulson de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en la Universidad Harvard de Estados Unidos.
El equipo ha creado metasuperficies especialmente diseñadas (dispositivos que son totalmente planos excepto por estar grabados con patrones a nanoescala que manipulan la luz) para que actúen como reemplazos de los componentes ópticos tradicionales en tales sistemas cuánticos.
Las pruebas realizadas hasta ahora por el equipo demuestran que las metasuperficies de este tipo son capaces de crear estados complejos, con entrelazamiento cuántico, en los fotones, permitiendo así ejecutar operaciones cuánticas como las que pueden realizarse mediante sistemas con dispositivos ópticos mucho más voluminosos y con una amplia gama de otros componentes convencionales.
Los resultados obtenidos apuntan a un posible cambio de paradigma en los dispositivos ópticos cuánticos, pasando de componentes difíciles y costosos de fabricar, como guías de ondas, divisores de haz e incluso microchips ópticos, a las metasuperficies. Estas ofrecen una serie de ventajas: diseños que no requieren alineaciones complejas, robustez frente a perturbaciones, bajo coste de fabricación, simplicidad de fabricación y baja pérdida óptica.
Esta línea de investigación y desarrollo sobre óptica cuántica basada en metasuperficies no solo allana el camino hacia computadoras cuánticas y redes cuánticas que puedan funcionar a temperatura ambiente, sino que también podría mejorar la detección cuántica y ofrecer nuevas capacidades de “laboratorio en un chip” para investigaciones en ciencia básica.
Capasso, Yousef y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nueva clase de metasuperficies en la revista académica Science, bajo el título “Metasurface Quantum Graphs for Generalized Hong-Ou-Mandel Interference”.
Por: Redacción.
Sitio Fuente: NCYT de Amazings