En la carrera por construir un ordenador cuántico universal, los investigadores no solo necesitan poder controlar fenómenos cuánticos complejos sino que, además, necesitan hacerlo sobre un chip. Actualmente se trabaja en el desarrollo de un chip óptico multipropósito de estas características, de modo que pronto sea posible duplicar los circuitos en miniatura, de forma muy parecida a como sucede con los ordenadores modernos.
Los fotones son partículas de luz y representan una forma prometedora de aprovechar fenómenos cuánticos porque no sufren de acoplamiento intenso con el mundo exterior. También disponen de muchos grados de libertad (frecuencia, momento lineal, espín y momento angular orbital) sobre los cuales se pueden implementar, procesar y medir bits cuánticos de forma relativamente simple.
Teniendo en cuenta la amplísima literatura que ha documentado cómo se pueden dominar los fotones, el objetivo del proyecto «Quantum photonic chip» (QUANPHOCHIP), financiado por la Unión Europea, es avanzar en esta tecnología hacia una plataforma escalable. La integración de sistemas ópticos cuánticos en un chip de estado sólido sería un paso importante en esta dirección. En particular, los chips a base de silicio fueron la elección natural por varios motivos.
En primer lugar, es posible crear dispositivos fotónicos a base de silicio utilizando técnicas de fabricación de estructuras de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS) bien establecidas y de uso comercial. En segundo lugar, la integración con microelectronica basada en CMOS permite añadir la electrónica de gestión y control en un mismo chip, lo cual reduce la complejidad del encapsulado y el coste. En tercer lugar, la compatibilidad del silicio con materiales exóticos, como los superconductores, permite integrar detectores de un solo fotón de calidad extraordinaria en un chip fotónico cuántico, lo cual permite la interacción no lineal inducida por la medición entre fotones únicos.
El proyecto QUANPHOCHIP está en buen camino para obtener un nuevo tipo de chips ópticos cuánticos con elementos de generación, manipulación y detección de fotones únicos. Antes de que finalice el proyecto QUANPHOCHIP, los investigadores prevén haber desarrollado la plataforma ideal para implantar estructuras de óptica cuántica totalmente integradas.
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