Gli ingegneri del California Institute of Technology hanno dimostrato che gli atomi nelle cavità delle cavità ottiche possono diventare una delle principali tecnologie per il funzionamento di Internet quantistico. I ricercatori hanno pubblicato il loro lavoro sulla rivista Nature.
Le reti quantistiche collegheranno i computer quantistici attraverso un sistema speciale che fornirà una connessione tra di loro. In teoria, i computer quantistici un giorno saranno in grado di eseguire determinate funzioni più velocemente dei sistemi informatici classici, utilizzando proprietà della meccanica quantistica, come la sovrapposizione di stati, che consente ai bit quantistici di essere zero e uno allo stesso tempo.
Come con i computer classici, gli scienziati vorrebbero collegare più computer quantistici per scambiare dati e lavorare insieme - per creare una sorta di "Internet quantistico". Ciò aprirebbe la porta a una varietà di applicazioni, tra cui il calcolo quantistico distribuito e le comunicazioni crittografate. Tuttavia, una tale rete deve essere in grado di trasferire informazioni tra due dispositivi senza modificare le proprietà quantistiche delle informazioni trasmesse.
Il modello attuale funziona in questo modo: un atomo o ione agisce come un qubit e memorizza le informazioni sulla sua proprietà quantistica, come lo spin. Per leggere queste informazioni e trasferirle in un altro luogo, l'atomo deve essere eccitato con un impulso di luce, facendolo emettere un fotone il cui spin è impigliato con lo spin dell'atomo ed è uguale ad esso. Il fotone può quindi trasmettere le informazioni associate all'atomo su una lunga distanza tramite un cavo in fibra ottica. Ma farlo è più difficile di quanto sembri. La maggior parte degli atomi è sensibile alle fluttuazioni dei campi magnetici ed elettrici, il che porta a errori nel funzionamento dei dispositivi basati su di essi.
Per superare questo problema, i ricercatori del Caltech hanno costruito un risonatore nanofotonico: un'asta lunga circa 10 micron con uno speciale motivo inciso sulla sua superficie, creato da un cristallo di ittrio ortovanadato. Quindi gli scienziati hanno posizionato uno ione del metallo delle terre rare, l'itterbio Yb 3+, al centro. Quando la radiazione viene trasmessa attraverso un tale risonatore, passa più volte lungo l'asta e, alla fine, avendo perso abbastanza energia, viene assorbita dallo ione itterbio. Gli autori hanno anche dimostrato che le cavità nel materiale modificano l'ambiente dello ione, grazie al quale il fotone emesso può rimanere nel materiale fino al 99% del tempo e gli scienziati, nel frattempo, possono misurarne le proprietà.
Inoltre, gli ioni itterbio sono in grado di memorizzare le informazioni nella loro schiena per 30 millisecondi. Questo è sufficiente per trasmettere informazioni negli Stati Uniti continentali. Il team è attualmente concentrato sulla creazione degli elementi costitutivi di una rete quantistica. Sperano quindi di espandere i loro esperimenti e collegare i due bit quantistici molto distanti.
Autore: Nikita Shevtsev
