Dai qubit stazionari a quelli volanti a velocità mai raggiunte prima…. questa impresa, realizzato da un team del Polytechnique Montréal e del Centre national de la recherche scientifique (CNRS) francese, ci porta un po' più vicini all'era in cui le informazioni vengono trasmesse tramite principi quantistici.
Un articolo intitolato "High-Fidelity and Ultrafast Initialization of a Hole-Spin Bound to a Te Isoelectronic Center in ZnSe" è stato recentemente pubblicato sulla prestigiosa rivista Lettere di revisione fisica . La creazione di un qubit in seleniuro di zinco, un noto materiale semiconduttore, ha permesso di produrre un'interfaccia tra la fisica quantistica che governa il comportamento della materia su scala nanometrica e il trasferimento di informazioni alla velocità della luce, aprendo così la strada alla produzione di reti di comunicazione quantistiche.
Fisica classica vs fisica quantistica
Nei computer di oggi, regole della fisica classica. Miliardi di elettroni lavorano insieme per formare un bit di informazione:0, gli elettroni sono assenti e 1, gli elettroni sono presenti. Nella fisica quantistica, i singoli elettroni sono invece preferiti poiché esprimono un attributo sorprendente:l'elettrone può assumere il valore di 0, 1 o qualsiasi sovrapposizione di questi due stati. Questo è il qubit, l'equivalente quantistico del bit classico. I qubit offrono straordinarie possibilità per i ricercatori.
Un elettrone gira su se stesso, un po' come una trottola. Questa è la rotazione. Applicando un campo magnetico, questa rotazione punta verso l'alto, fuori uso, o punta contemporaneamente su e giù per formare un qubit. Meglio ancora, invece di usare un elettrone, possiamo usare l'assenza di un elettrone; questo è ciò che i fisici chiamano un "buco". Come il suo cugino elettronico, il foro ha uno spin da cui si può formare un qubit. I qubit sono creature quantiche intrinsecamente fragili, hanno quindi bisogno di un ambiente speciale.
seleniuro di zinco, impurità di tellurio:una novità mondiale
seleniuro di zinco, o ZnSe, è un cristallo in cui gli atomi sono organizzati con precisione. È anche un semiconduttore in cui è facile introdurre intenzionalmente impurità di tellurio, un parente stretto del selenio nella tavola periodica, su cui sono intrappolati i buchi, un po' come bolle d'aria in un bicchiere.
Questo ambiente protegge lo spin del buco - il nostro qubit - e aiuta a mantenere le sue informazioni quantistiche in modo accurato per periodi più lunghi; è il tempo della coerenza, il tempo che i fisici di tutto il mondo stanno cercando di estendere con tutti i mezzi possibili. La scelta del seleniuro di zinco è mirata, poiché può fornire l'ambiente più silenzioso di tutti i materiali semiconduttori.
Philippe St-Jean, uno studente di dottorato nel team del professor Sébastien Francoeur, utilizza i fotoni generati da un laser per inizializzare il foro e registrare le informazioni quantistiche su di esso. Per leggerlo, eccita nuovamente il foro con un laser e poi raccoglie i fotoni emessi. Il risultato è un trasferimento quantistico di informazioni tra il qubit stazionario, codificato nella rotazione del foro tenuto prigioniero nel cristallo, e il qubit volante - il fotone, che ovviamente viaggia alla velocità della luce.
Questa nuova tecnica mostra che è possibile creare un qubit più velocemente rispetto a tutti i metodi utilizzati fino ad ora. Infatti, solo un centinaio di picosecondi, o meno di un miliardesimo di secondo, sono sufficienti per passare da un qubit volante a un qubit statico, e viceversa.
Sebbene questo risultato sia di buon auspicio, resta molto lavoro da fare prima che una rete quantistica possa essere utilizzata per condurre transazioni bancarie incondizionatamente sicure o costruire un computer quantistico in grado di eseguire i calcoli più complessi. Questo è il compito arduo che il team di ricerca di Sébastien Francoeur continuerà ad affrontare.
