El proyecto Broadband Quant µm Synthesizer (BQS) es una colaboración entre el Reino Unido y Canadá que impulsa la vanguardia de la fotónica cuántica ultrarrápida µm . Con el apoyo de Innovate UK y una financiación de 450.000 libras esterlinas, el proyecto comenzó en septiembre de 2023 y tendrá una duración de dos años. Su objetivo es desarrollar la primera fuente empaquetada del mundo de pulsos de luz comprimidos de banda ultraancha, una herramienta vital para las tecnologías cuánticas de µm de próxima generación en detección, comunicación e imagen.
El proyecto BQS aprovecha la experiencia complementaria de todo el Reino Unido y Canadá:
- Few-Cycle Inc. proporciona la plataforma central FOPA (amplificación paramétrica óptica en el plano de Fourier) y liderará el proyecto y la integración del sistema.
- Covesion aporta su capacidad avanzada en cristales PPLN diseñados a medida con períodos de polarización que varían espacialmente, fundamentales para la coincidencia de fases en el plano de Fourier.
- La Universidad de Glasgow y NRC Canadá desarrollarán y validarán conjuntamente el sistema en experimentos de vanguardia como la generación de altos armónicos mejorada con µm cuántico y la conversión de frecuencia de luz comprimida.
La iniciativa BQS se centra en el desarrollo de pulsos de luz comprimidos con duraciones inferiores a 100 femtosegundos (fs), idealmente de hasta 40 fs, que logran una reducción de ruido cuántico de µm >3 dB. Estos estados de luz comprimidos son campos entrelazados de fotones que superan a la luz clásica en sensibilidad y capacidad de información. Forman la base de la metrología cuántica µm , permitiendo mediciones con una precisión sin precedentes en espectroscopia, microscopía e imagenología, y son cruciales para los sistemas de comunicación y computación cuántica µm .
Si bien es posible generar altos grados de compresión (>15 dB) mediante ondas continuas o pulsos largos, actualmente no existe una solución práctica para producir luz de banda ancha altamente comprimida en escalas de tiempo ultrarrápidas. Esta es una limitación importante para las aplicaciones cuánticas avanzadas de µm , en particular en bioimagen, donde los eventos biológicos ocurren en escalas de tiempo de femtosegundos. El proyecto BQS busca subsanar esta deficiencia con una fuente compacta y fiable.
El sistema BQS se construirá en torno a un enfoque innovador conocido como Óptica no lineal en el plano de Fourier. Esta técnica, patentada y licenciada en exclusiva a Few-Cycle Inc. (Patente estadounidense 9.910.339), supera la tradicional disyuntiva entre ganancia y ancho de banda que ha obstaculizado el progreso en la generación de luz comprimida ultrarrápida. En este sistema, los pulsos de banda ultraancha se descomponen espectralmente en el plano de Fourier de un conformador de pulsos. Cada corte espectral de banda estrecha se amplifica individualmente en un cristal no lineal multiplexado espacialmente, concretamente en cristales de niobato de litio µm con polarización periódica (PPLN) desarrollados por Covesion. Estos cortes se recombinan posteriormente, generando un pulso corto y altamente comprimida en un amplio ancho de banda (que alcanza >100 nm y hasta 300 nm en futuros prototipos).
Esta arquitectura permite una manipulación independiente y adaptada a la fase de cada componente de frecuencia, eliminando las limitaciones de las técnicas de amplificación paramétrica tradicionales y posibilitando la generación de pulsos comprimidos con duraciones inferiores µm 100 fs, llegando potencialmente a 40 fs.
El desarrollo exitoso del sistema BQS proporcionará un componente esencial para la óptica cuántica µm de variable continua, un dominio donde el entrelazamiento macroscópico entre miles de millones de fotones impulsa las mediciones más sensibles conocidas actualmente. Sus aplicaciones incluyen:
- Microscopía no lineal mejorada Quant µm , que permite la detección de señales biológicas débiles con mayor precisión.
- Comunicaciones seguras mediante la incorporación de luz comprimida en sistemas de distribución de claves cuánticas µm .
- Cálculo cuántico de µm , especialmente en arquitecturas que utilizan estados variables continuos.
- Espectroscopia cuántica µm que ofrece acceso a dinámicas moleculares ultrarrápidas con una resolución previamente inalcanzable.
El sistema también será validado para espectroscopia attosegundo cuántica µm , un campo recientemente emergente que requiere pulsos comprimidos con extrema precisión temporal y espectral.
La plataforma BQS tendrá tres resultados comerciales principales:
- Un sintetizador cuántico µm independiente para laboratorios de investigación e industriales.
- Un amplificador paramétrico óptico de próxima generación para microscopía y procesamiento de materiales.
- Subcomponentes como cristales PPLN en abanico, que amplían la línea de productos de Covesion para la cadena de suministro global de QT.
Además, se espera que el proyecto genere nueva propiedad intelectual (PI) y datos de rendimiento, sentando las bases para futuros productos y el ingreso al mercado.
El proyecto BQS ejemplifica el espíritu de cooperación bilateral entre el Reino Unido y Canadá en tecnologías µm cuántica. Con promesas de financiación conjuntas del gobierno y la industria que superan los mil millones de libras para apoyar la colaboración en µm cuántica, el proyecto apoya el objetivo estratégico de convertir la ciencia de vanguardia µm cuántica en herramientas prácticas y accesibles. Al combinar la experiencia del mundo académico y la industria, el proyecto sienta las bases para sistemas fotónicos de µm cuántica escalables, ampliando los límites de lo posible en detección, comunicación e imágenes biológicas.
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