Un estudio innovador ha introducido cavidades nanooptomecánicas avanzadas, allanando el camino para redes cuánticas más eficientes y tecnologías de comunicación y computación cuánticas mejoradas. La capacidad de transmitir información de forma coherente en bandas del espectro electromagnético desde microondas hasta infrarrojos es fundamental para el desarrollo de redes cuánticas avanzadas para informática y comunicaciones.
Investigadores de la Universidad Estatal de Campinas (UNICAMP) en Brasil, en colaboración con colegas del Instituto Federal Suizo de Tecnología en Zurich (ETHZurich) y la Universidad Tecnológica de Delft (TU Delft) en los Países Bajos, llevaron a cabo un estudio centrado en el uso de cavidades nanooptomecánicas a este respecto. Estos resonadores a nanoescala facilitan la interacción entre vibraciones mecánicas de alta frecuencia y luz infrarroja en longitudes de onda utilizadas en la industria de las telecomunicaciones.
Recientemente se publicó un artículo sobre esta investigación en la revista Nature Communications.
Reduciendo la brecha entre los circuitos superconductores y las fibras ópticas
"Los resonadores nanomecánicos son un puente entre los circuitos superconductores y las fibras ópticas. Los circuitos superconductores son actualmente una de las tecnologías de computación cuántica más prometedoras, mientras que las fibras ópticas se utilizan a menudo como transmisores de información a larga distancia con poco ruido y sin pérdida de señal", afirma Thiago Alegre, profesor del Instituto de Física Gleb-Vatakin (IFGW-Unicamp) y último autor del artículo.
Una de las innovaciones clave de esta investigación es la introducción de la optomecánica disipativa, dijo Allegre. Los dispositivos optomecánicos tradicionales se basan en interacciones puramente dispersivas, donde sólo los fotones localizados dentro de la cavidad pueden dispersarse eficazmente. En la optomecánica disipativa, los fotones se pueden dispersar directamente desde la guía de ondas al resonador.
Antes de este estudio, las interacciones optomecánicas disipativas solo se habían demostrado a bajas frecuencias mecánicas, lo que excluía aplicaciones importantes como la transferencia de estado cuántico entre los dominios del fotón (óptico) y del fonón (mecánico). Este estudio es el primero en demostrar que un sistema optomecánico disipativo opera a frecuencias mecánicas que exceden el ancho de la línea óptica.
"Hemos logrado aumentar la frecuencia mecánica en dos órdenes de magnitud y multiplicar por diez la tasa de acoplamiento optomecánico. Esto ofrece perspectivas muy prometedoras para el desarrollo de dispositivos más eficientes", afirmó Allegre.
Los dispositivos se fabrican en colaboración con la Universidad Tecnológica de Delft y se diseñan utilizando tecnologías probadas de la industria de los semiconductores. Los haces de nanosilicio están suspendidos en el aire y pueden vibrar libremente, de modo que la luz infrarroja y la vibración mecánica quedan restringidas al mismo tiempo. Las guías de ondas colocadas lateralmente permiten que la fibra se acople a la cavidad, creando un acoplamiento disipativo, un elemento clave de los resultados que demostraron los investigadores.
Esta investigación ofrece nuevas posibilidades para la construcción de redes cuánticas. Además de esta aplicación directa, también sienta las bases para futuras investigaciones básicas. "Esperamos poder manipular modos mecánicos individualmente y aliviar las no linealidades ópticas en dispositivos optomecánicos", dijo Allegre.
Referencias "Optomecánica disipativa en resonadores nanomecánicos de alta frecuencia" por André G. Primo, Pedro V. Pinho, Rodrigo Benevides, Simon Gröblacher, Gustavo S. Wiederhecker y Thiago P. Mayer Alegre, 18 de septiembre de 2023, "Nature Communications".
DOI:10.1038/s41467-023-41127-7
Fuente compilada: ScitechDaily