Le odierne tecnologie quantistiche sono destinate a rivoluzionare l'elaborazione delle informazioni, comunicazioni, e la tecnologia dei sensori nei prossimi decenni. Gli elementi costitutivi di base dei futuri processori quantistici sono, Per esempio, atomi, circuiti elettronici quantistici superconduttori, cristalli di rotazione in diamanti, e fotoni. Negli ultimi anni è diventato chiaro che nessuno di questi blocchi di costruzione quantistica è in grado di soddisfare tutti i requisiti come la ricezione e la memorizzazione di segnali quantistici, elaborarli e trasmetterli.

Un gruppo di ricerca guidato dai professori József Fortágh, Reinhold Kleiner e Dieter Kölle dell'Istituto di fisica dell'Università di Tubinga sono riusciti a collegare gli atomi immagazzinati magneticamente su un chip con un risonatore a microonde superconduttore. Il collegamento di questi due elementi costitutivi è un passo significativo verso la costruzione di un sistema quantistico ibrido di atomi e superconduttori che consentirà l'ulteriore sviluppo di processori quantistici e reti quantistiche. Lo studio è stato pubblicato nell'ultimo Comunicazioni sulla natura .

Gli stati quantistici consentono algoritmi particolarmente efficienti che superano di gran lunga le opzioni convenzionali fino ad oggi. I protocolli di comunicazione quantistica consentono, in linea di principio, scambio di dati inattaccabile. I sensori quantistici forniscono i dati di misurazione fisica più precisi. "Per applicare queste nuove tecnologie nella vita di tutti i giorni, dobbiamo sviluppare componenti hardware fondamentalmente nuovi, " Dice Fortágh. Invece dei segnali convenzionali utilizzati nella tecnologia odierna - bit - che possono essere solo uno o zero, il nuovo hardware dovrà elaborare stati quantistici di entanglement molto più complessi.

"Possiamo ottenere la piena funzionalità solo attraverso la combinazione di diversi elementi costitutivi quantistici, " spiega Fortágh. In questo modo, calcoli veloci possono essere effettuati utilizzando circuiti superconduttori; tuttavia l'archiviazione è possibile solo su scale temporali molto brevi. Atomi neutri in bilico sulla superficie di un chip, a causa della loro scarsa capacità di interazione con l'ambiente, sono ideali per l'archiviazione quantistica, e come emettitori di fotoni per la trasmissione del segnale. Per questa ragione, i ricercatori hanno collegato due componenti per creare un ibrido nel loro ultimo studio. Il sistema quantistico ibrido combina i più piccoli elementi costitutivi dell'elettronica quantistica della natura, gli atomi, con i circuiti artificiali, i risonatori a microonde superconduttori. "Utilizziamo le funzionalità e i vantaggi di entrambi i componenti, " dice l'autore principale dello studio, Dott. Helge Hattermann, "La combinazione dei due sistemi quantistici disuguali potrebbe consentirci di creare un vero processore quantistico con reticoli quantistici superconduttori, archiviazione quantistica atomica, e qubit fotonici." I qubit sono, analogamente ai bit nell'informatica convenzionale, la più piccola unità di segnali quantistici.

Il nuovo sistema ibrido per i futuri processori quantistici e le loro reti costituisce un parallelo con la tecnologia odierna, che è anche un ibrido, come mostra l'hardware del tuo computer:I calcoli sono fatti da circuiti microelettronici; le informazioni sono memorizzate su supporti magnetici, e i dati vengono trasportati tramite cavi in ​​fibra ottica via Internet. "I futuri computer quantistici e le loro reti opereranno su questa analogia, richiedendo un approccio ibrido e ricerca e sviluppo interdisciplinari per la piena funzionalità, "dice Fortagh.