Un grupo de investigadores han dado un paso significativo hacia la expansión de la tecnología cuántica mediante la integración del detector de luz cuántico más pequeño del mundo en un chip de silicio.
Este avance crucial fue presentado por académicos de la Universidad de Bristol, quienes publicaron sus hallazgos en la revista Science Advances.
En la década de 1960, la miniaturización de transistores en microchips asequibles marcó el inicio de la era de la información.
Hoy, los investigadores buscan replicar este hito en la tecnología cuántica, utilizando la luz como principal recurso. La integración del detector de luz cuántica en un chip de silicio, más pequeño que un cabello humano, representa un avance hacia esta meta.
Este desarrollo es parte de un esfuerzo internacional que involucra tanto a científicos universitarios como a empresas de todo el mundo.
La capacidad de fabricar electrónica y fotónica de alto rendimiento a escala es fundamental para el avance de las tecnologías de información cuántica. El trabajo de la Universidad de Bristol demuestra cómo se pueden crear tecnologías cuánticas utilizando instalaciones comerciales existentes.
El equipo de Bristol ha logrado implementar un detector de luz cuántica en un chip con un circuito que ocupa solo 80 por 220 micrómetros.
Este diminuto tamaño permite que el detector sea rápido, un factor clave para las comunicaciones cuánticas de alta velocidad y el funcionamiento eficiente de las computadoras cuánticas ópticas.
El uso de técnicas de fabricación establecidas y accesibles comercialmente mejora las perspectivas de una rápida incorporación de estos detectores en tecnologías como la detección y las comunicaciones.
«Este tipo de detectores, denominados detectores homodinos, aparecen en múltiples aplicaciones de óptica cuántica», explicó el profesor Jonathan Matthews, director de la investigación y de los Laboratorios de Tecnología de Ingeniería Cuántica.
El profesor Matthews agregó que estos detectores operan a temperatura ambiente y pueden utilizarse en comunicaciones cuánticas y en sensores extremadamente sensibles, como los detectores de ondas gravitacionales de última generación.
También existen diseños de computadoras cuánticas que podrían emplear estos detectores.
En 2021, el equipo de Bristol demostró que vincular un chip fotónico con uno electrónico separado podía aumentar la velocidad de los detectores de luz cuánticos.
Ahora, con un único chip electrónico-fotónico integrado, el equipo ha incrementado aún más la velocidad en un factor de 10, al mismo tiempo que ha reducido la huella del dispositivo en un factor de 50.
A pesar de ser rápidos y pequeños, estos detectores también son extremadamente sensibles.
El Dr. Giacomo Ferranti, uno de los autores del estudio, señaló que la sensibilidad al ruido cuántico es fundamental para medir la luz cuántica.
Explicó que la mecánica cuántica origina un nivel básico de ruido en los sistemas ópticos, el cual revela detalles sobre el tipo de luz cuántica presente y afecta la sensibilidad de los sensores ópticos, siendo además utilizado para la reconstrucción matemática de estados cuánticos.
El estudio demostró que reducir el tamaño y aumentar la velocidad del detector no comprometía su capacidad para medir estados cuánticos con precisión. Los investigadores subrayan que hay más trabajo por hacer para integrar otros componentes disruptivos de la tecnología cuántica en chips.
El profesor Matthews destacó la importancia de construir el detector utilizando una fundición comercialmente accesible para facilitar su aplicación en diversas tecnologías cuánticas.
Explicó que a pesar de estar increíblemente entusiasmados con las implicaciones de este avance, es fundamental que como comunidad se continúe abordando el problema.
Matthews concluyó que sin una producción de hardware cuántico realmente escalable, los efectos y ventajas de la tecnología cuántica se verán demorados y restringidos.
