lunedì 6 gennaio 2020
Teletrasporto quantistico da chip a chip con entanglement (interazione e interlacciamento) di fotoni da Silicio.
https://www.nature.com/articles/s41576-019-0727-x
Link: https://www.nature.com/articles/s41567-019-0727-x
letter / 23 december 2019
"Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in Silicon".
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"Supplementary information" for any details on quantum combination based on entanglement of four photons with multiple q-bits of a chip-to-chip micro-metric system for communication and computation.
Tecniche ottiche integrate forniscono una base versatile per trattare e trascrivere informazioni quantistiche per mezzo di fotoni.
Lo sviluppo di protocolli quantistici esigono la necessità di generare singoli fotoni combinati con elevate caratteristiche e di trattarli con operatori multipli di notevoli affidabilità e confidenza scientifica.
Precedenti dimostrazioni sperimentali hanno incontrato notevoli difficoltà nel realizzare sorgenti di fotoni multipli di adeguata qualità e di operatori con diversi q-bit in un unico sistema integrato, sicchè sviluppi di chips completi adeguati per eseguire lavori con q-bit quantistici multipli costituiscono tuttora una sfida non superata.
In questo studio si riporta la dimostrazione di un teletrasporto quantistico da chip a chip con un genuino interlacciamento di parti fotoniche multiple, con funzionalità intrinseche quantistiche tramite un circuito di fotoni ottenuti da Silicio.
Quattro fotoni singoli di elevata purezza e indistinguibili vengono generati in un insieme di sorgenti composte da micro-risonatori senza richiedere alcun tipo di filtro spettrale.
Fino a quattro q-bit vengono quindi trattati in un circuito quantistico programmabile di ottica lineare che consente operazioni di proiezione e fusione di segnali quantistici.
La generazione, il processamento, la trascrizione e la misurazione di stati quantici costituiti da multi-fotoni e multi-q-bit combinati vengono interamente realizzati in scala micro-metrica con chip di Silicio, constituiti da complementari semi-conduttori a base di ossidi metallici.
Questo studio getta le basi per tecnologie quantistiche con integrazione di fotoni su grande scala per la risoluzione di problemi complessi di comunicazione e di calcolo.
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Supplementary information:
RispondiEliminaChip-to-chip quantum transportation an multi-photon entanglement on silicon.
Part 1: Dettagli sul dispositivo e sull'assetto sperimentale del sistema quantistico multi-qbit e multi-fotoni.
Nell'esperimento in questione è stato all'estito un doppio binario di qbits (a[0], b[1])su chip confinando singoli fotoni in due modalità ottiche [(0)e (1)] fisicamente in due treni di onde elettromagnetiche come percorsi fotonici.
Le misurazioni su ciascun qbit nella base di calcolo [(0),(1)] sono effettuate rilevando i singoli fotoni in ciascuna delle due modalità ottiche.
Le misurazioni di ciascun qbit e relative rilevazioni sono realizzate controllando la fase fotonica relativa tra le due modalità (a[0].b[1])e la probabilità di eventi di interferenza d'onda rilevati in ciascuna delle due modalità ottiche.
Queste variazioni vengono rilevate integrando gli sfasamenti di fase e mutazioni ottiche delle interazioni dei qbit con i fotoni.
Nel dispositivo sperimentale, fino a quattro qbits vengono manipolati e controllati simultaneamente nelle interazioni con i fotoni.
Nella generazione di interazioni ed entanglement degli stati di qbits con i fotoni è cruciale creare sorgenti di fotoni puri ed identici e sviluppare operatori di multi-qbits ad alta fedeltà.
Singoli fotoni spettroscopicamente identici vengono generati sovrapponendo in risonanza ciascuno dei micro-anelli fotonici risonanti.
Una elevata purezza fotonica viene ottenuta operando il dispositivo sperimentale a bassi regimi di potenza di pompaggio fotonico, laddove la probabilità di generare coppie di fotoni identici è relativamente bassa.
Dopo il passaggio dei singoli fotoni attraverso il dispositivo di a-simmetria gli stati fotonici possono essere mappati secondo vettori ortogonali dati dai quattro stati logici quantici [(0)l,k e (1)l,k] con lambda indicante l'ampiezza d'onda fotonica e kappa il numero di qbits.
In questo modo si possono mappare protocolli di informazioni quantistiche note riferite alla interazione e propagazione degli stati dei singoli fotoni su chips.
I quattro qbits sono entangled e processati in un circuito quantistico di ottica lineare, in grado di realizzare operazioni di proiezione e di fusione dei diversi componenti quantistici in gioco.
Per accertare la qualità delle sorgenti di fotoni identici e degli operatori multi-qbit vengono effettuati tre pricipali controlli sperimentali: trasporto dei singoli qbits, entanglement reciproci, e generazione sicura dello stato dei quattro fotoni. ...
(Vedi ulteriori dettagli matematici nel testo originale inglese).