Un proyecto financiado con fondos europeos dedicado a la óptica ultrarrápida ha ampliado el control que se posee sobre los estados cuánticos espaciotemporales de la luz y realizado progresos en las ciencias de la información cuántica.
La ciencia de la información cuántica podría resultar de gran ayuda para la metrología y para distintos sistemas de la tecnología de la información y la comunicación. No obstante, el grado de control de los estados cuánticos necesario para que el método supere a las técnicas convencionales dificulta sobremanera el aprovechamiento de estos principios. Los 'estados comprimidos en sistemas de variables continuas' se proponen como un método que podría resultar positivo de cara a controlar mejor los estados cuánticos, en parte por la posibilidad escalar estos sistemas.
El proyecto financiado con fondos europeos QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement), estudió el empleo de este tipo de estados comprimidos o estados multifotón, en distintos modos temporales basados en dispositivos ópticos integrados. En un artículo publicado recientemente en la revista Philosophical Transactions of the Royal Society A de la Royal Society, los investigadores estudian los límites actuales de comprimir la guía de onda y los límites de pérdida en el proceso de conversión.
ENTRELAZAMIENTO DE ESTADOS COMPRIMIDOS
Los autores del artículo defienden que durante los últimos decenios, se han logrado progresos importantes en las guías de onda de pérdida baja, en los detectores de número fotón de alta eficiencia y en procesos no lineales. Además, gracias al éxito del proceso de óptica no lineal conocido como 'engineered sum frequency conversion', ya es posible realizar operaciones en modos de ancho de banda temporal arbitrario. Esto abre paso a un grado de libertad espectral para la codificación de información, a menudo en los modos temporales de un único fotón.
QCUMBER estudió la posibilidad de combinar, en un sistema de guía de onda, conversiones de frecuencia comprimida y de selectiva de modo. La creación de una analogía entre las 'Compuertas de Pulso Cuántico' (QPG, circuitos cuánticos básicos) y redes espaciales, permitieron describir el proceso de entrelazamiento de estados comprimidos o construir estados variable continuos multimodo complejos.
El estudio de la compresión posible en una guía de onda de modo sencillo y paso único KTP descubrió al equipo que la compresión era posible hasta los veinte decibelios, pero el comportamiento complicado del proceso generaba una degradación importante, lo que limita la eficacia de la conversión a menos del 90%. No obstante, señalan lo prometedor de este porcentaje para el futuro de la tecnología. Añaden que para aplicaciones en las que basta una eficiencia de conversión baja, estas cantidades no suponen un problema y las correspondencias entre fases pueden diseñarse utilizando un modelo sencillo sin necesidad de impulsar la potencia.
En cuanto al dominio espectral, el equipo también logró entrelazar una estructura de peine de frecuencia de onda continua en hasta sesenta modos temporales y en cerca de diez modos en un sistema pulsado ultrarrápido. Informan que tras lograr que la compresión alcance ciertos límites, les posible la corrección de errores para la computación cuántica, lo cual impulsará el progreso de esta ciencia.
APROVECHAR ESPECTROS ANCHOS Y ESCALAS TEMPORALES EXTREMAS
Los pulsos ultrarrápidos de luz ofrecen oportunidades para conocer mejor las dinámicas de los sistemas subyacentes en escalas temporales de muy poca duración. El control de los atributos cuánticos de la luz ha permitido ampliar los conocimientos de física fundamental que se extraen de la experimentación y que han sido básicos para el progreso de la comunicación y la metrología cuánticas. De hecho, la metrología de alta precisión se ha creado gracias a la exploración de la estructura de peine de frecuencia alta que crean trenes de pulsos de luz ultrarrápidos.
QCUMBER se creó para investigar más oportunidades posibles en las relaciones entre las propiedades cuánticas de la luz en escalas temporales extremas y en espectros extremadamente anchos. Al aprovechar la estructura de pulsos cuánticos ultrarrápidos se lograrán mediciones de la frecuencia temporal cada vez más precisos y se introducirán innovaciones en el proceso de información cuántica escalable.
Información complementaria: Sitio web del proyecto.
Referencia bibliográfica:
G. Harder, V. Ansari, T. J. Bartley, B. Brecht, C. Silberhorn (2017). Harnessing temporal modes for multi-photon quantum information processing based on integrated optics. Philosophical Transactions of the Royal Society A. DOI: 10.1098/rsta.2016.0244
