Verso la realizzazione di reti d'informazione quantistiche

Un'impurità del diamante costituita da un solo atomo di azoto, se opportunamente stimolata mediante impulsi laser, emette singoli fotoni entangled col proprio stato di spin.
Un altro piccolo ma importante passo verso la realizzazione del computer quantistico Harvard è stato compiuto grazie a uno studio di un gruppo di fisici dell’Università di Harvard che ha ottenuto per la prima volta un entanglement quantistico tra fotoni e un atomo in un materiale a stato solido.

L’entanglement è un fenomeno peculiare della fisica quantistica secondo il quale due particelle opportunamente preparate e poi separate possono comunicare l’una all’altra il proprio stato quantistico in modo istantaneo a distanze arbitrarie.

A lungo previsto per via teorica e dimostrato sperimentalmente solo in anni recenti, finora era stato dimostrato solo utilizzando singoli fotoni o ioni atomici.

Il qubit d’altra parte è un bit quantistico, ovvero un supporto di memoria basato su un singolo atomo o una molecola, analogo del bit elettronico. La differenza, in termini di teoria dell’informazione, è che mentre il bit elettronico può assumere solo due stati (0 o 1, acceso o spento) quello quantistico può trovarsi in numerosi stati intermedi, espandendo enormemente le possibilità di calcolo.

“Sulla lunga strada verso la realizzazione del calcolo quantistico e della comunicazione quantistica, una delle questioni fondamentali è come si possano connettere i qubit separati da una grande distanza”, ha commentato Mikhail D. Lukin, professore di fisica della Harvard University e coautore dello studio apparso su Nature. “La dimostrazione dell’entanglement tra un materiale a stato solido e fotoni è un importante progresso verso il collegamento tra qubit”.

Il risultato è stato ottenuto sulla base di precedenti studi dello stesso gruppo di ricerca di Lukin sulla possibilità di utilizzare impurità del diamante, anche costituite da singoli atomi, come qubit. Le impurità possono infatti essere controllate focalizzando luce laser su difetti presenti in un cristallo di diamante in cui un atomo di azoto sostituisce un atomo di carbonio e il sistema mostra un numero di gradi di libertà adatto a costituire un’eccellente memoria quantistica.

In quest’ultimo studio, Lukin e colleghi hanno dimostrato che quando vengono eccitate da una lunga sequenza di impulsi nelle microonde attentamente calibrate, queste impurità possono emettere fotoni uno alla volta, e che tali fotoni sono “entangled” con la memoria quantistica. Proprio il flusso di singoli fotoni potrebbe, secondo gli autori, essere utilizzato per la trasmissione sicura d’informazioni.

"Poiché i fotoni sono i più veloci vettori d’informazione e la memoria basata sugli spin degli atomi può immagazzinare informazione quantistica per un periodo di tempo relativamente lungo, l’entanglement tra fotoni e stati di spin è l’ideale per la realizzazione di reti quantistiche”, ha concluso Lukin.

fonte: Le Scienze

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