Reducción de la Decoherencia Cuántica en Fotónica Integrada

• Autores: Joaquín Guimbao Gaspar
• Directores de la Tesis: P. A. Postigo (dir. tes.), José Manuel Llorens Montolio (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2023
• Idioma: español
• Número de páginas: 132
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  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen

  • La fotónica cuántica integrada es un elemento indispensable para para la miniaturización, estabilización y escalabilidad de las tecnologías cuánticas. El desarrollo de circuitos fotónicos integrados para aplicación en tecnologías cuánticas ayudará a traspasar el cuello de botella hacia niveles superiores de disponibilidad tecnológica y comercialización. La decoherencia cuántica supone uno de los retos técnicos a nivel fundamental con mayor relevancia para la realización de este desarrollo. En este contexto, el objetivo de este proyecto ha sido el de proporcionar herramientas teóricas para orientar la conceptualización y el diseño de los bloques fundamentales de los circuitos cuánticos integrados con vistas a la reducción de la decoherencia cuántica en estos sistemas. Los resultados obtenidos en forma de modelos teóricos, métodos numéricos de simulación y esquemas de optimización facilitan estas herramientas a través una serie de nuevos instrumentos matemáticos que sirven tanto para la caracterización de la decoherencia en diferentes componentes como para guías de diseño para su reducción: Expresiones analíticas que relacionan directamente los parámetros de diseño de estructuras fotónicas con el grado de decoherencia de la plataforma; Modelos para la simulación numérica de emisores cuánticos integrados en estructuras fotónicas que conectan la variación de los parámetros del diseño con el impacto en las figuras de mérito que caracterizan la decoherencia; Esquemas de optimización basados en métodos de Machine Learning para estructuras de fotónica cuántica integrada que ofrecen una reducción sin precedentes en términos de consumo de recursos computacionales; Interpretaciones físicas de las soluciones de los modelos desarrollados que contribuyen al avance del conocimiento del comportamiento de componentes de circuito en diferentes condiciones. El aparato matemático desarrollado ha sido evaluado a través de su aplicación en diferentes casos prácticos validando su fiabilidad y demostrando resultados prometedores: Identificación de los valores de los parámetros de diseño necesarios para la maximización de la indistinguibilidad y la eficiencia de extracción en emisores cuánticos acoplados a guías de onda dependiendo de las características del emisor, estimando incrementos en la indistinguibilidad de hasta un 30% para diseños optimizados; Optimización del diseño de una cavidad óptica para integración en chip de emisores cuánticos que garantiza valores de indistinguibilidad y eficiencia de extracción cercanos a la unidad con emisores fuertemente disipativos a temperatura ambiente; Relajación de los requisitos técnicos generales para cavidades ópticas a partir de una nueva plataforma propuesta basada en la integración de clústeres de emisores cuánticos acoplados que garantiza indistinguibilidad perfecta con emisores fuertemente disipativos a temperatura ambiente para las configuraciones óptimas. Esperamos que los resultados obtenidos en esta disertación contribuyan al avance del conocimiento para el desarrollo de la fotónica cuántica integrada y sirvan de hoja de ruta para la realización de nuevas demostraciones experimentales que incrementen su impacto en el estado del arte de las tecnologías cuánticas