Un nuevo sistema desarrollado por investigadores de la Universidad de Rochester les permite ejecutar simulaciones cuánticas en un espacio sintético que imita el mundo físico al controlar la frecuencia o el color de los fotones entrelazados cuánticos a medida que pasa el tiempo. Crédito: Ilustración de la Universidad de Rochester / Michael Osadciw
Un sistema que utiliza dimensiones sintéticas basadas en la fotónica se puede utilizar para ayudar a explicar fenómenos naturales complejos.
Investigadores de la Universidad de Rochester han desarrollado un sistema de simulación cuántica óptica a escala de chip que utiliza fotones controlados por frecuencia para simular fenómenos naturales complejos a nivel cuántico, reduciendo la huella física y los requisitos de recursos de los métodos tradicionales. Este avance, que anuncia un cristal sintético correlacionado cuánticamente, podría allanar el camino para futuras simulaciones más complejas.
Los científicos han dado un paso importante en el desarrollo de computadoras lo suficientemente avanzadas para simular fenómenos naturales complejos a nivel cuántico. Si bien este tipo de simulaciones son demasiado complicadas o absolutamente imposibles para las computadoras clásicas, los sistemas de computación cuántica basados en fotónica podrían brindar una solución.
Un equipo de investigadores de la Escuela Hajim de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Rochester ha desarrollado un nuevo sistema de simulación cuántica óptica a escala de chip que podría ayudar a que dicho sistema sea viable. El equipo, dirigido por Qiang Lin, profesor de ingeniería eléctrica e informática y óptica, publicó sus hallazgos el 22 de junio en la revista Nature Photonics.
El equipo de Lin ejecutó las simulaciones en un espacio sintético que imita el mundo físico al controlar la frecuencia o el color de los fotones cuánticos entrelazados a medida que pasa el tiempo. Este enfoque difiere de los métodos informáticos tradicionales basados en la fotónica, en los que se controlan las rutas de los fotones, y también reduce drásticamente el espacio físico y los requisitos de recursos.
“Por primera vez, logramos producir un cristal sintético correlacionado cuánticamente”, dice Lin. «Nuestro enfoque amplía significativamente las dimensiones del espacio sintético, lo que nos permite realizar simulaciones de varios fenómenos a escala cuántica, como caminatas aleatorias de fotones cuánticos entrelazados».
Los investigadores dicen que este sistema podría servir como base para simulaciones más complejas en el futuro.
«Si bien los sistemas que se simulan se comprenden bien, este experimento de prueba de principio demuestra el poder de este nuevo enfoque para escalar a simulaciones y tareas informáticas más complejas, algo que estamos muy entusiasmados de investigar en el futuro», dice Usman Javid. 23 PhD (óptica), el autor principal del estudio.
Referencia: «Simulaciones a escala de chip en un espacio sintético correlacionado cuántico» por Usman A. Javid, Raymond Lopez-Rios, Jingwei Ling, Austin Graf, Jeremy Staffa y Qiang Lin, 22 de junio de 2023, Nature Photonics.
DOI: 10.1038/s41566-023-01236-7
Otros coautores en el grupo de Lin incluyen a Raymond Lopez-Rios, Jingwei Ling, Austin Graf y Jeremy Staffa.
El proyecto fue apoyado con fondos de la Fundación Nacional de Ciencias, la Oficina Conjunta de Ciencia y Tecnología de la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa para la Defensa Química y Biológica, y la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa.
