Negli ultimi anni, oscillatori meccanici nanofabbricati sono emersi come una piattaforma promettente per applicazioni di informazione quantistica. L'entanglement quantistico di risonatori optomeccanici ingegnerizzati offrirebbe un percorso avvincente verso reti quantistiche scalabili. I ricercatori della TU Delft e dell'Università di Vienna hanno ora osservato questo intreccio e riportano i loro risultati nell'edizione di questa settimana di Natura .

Le vibrazioni si comportano come onde, ma la meccanica quantistica prevede anche che il moto ondoso sia costituito da minuscoli pacchetti discreti di energia chiamati fononi. A settembre 2017, il team di ricercatori della TU Delft e dell'Università di Vienna ha dimostrato un nuovo livello di controllo quantistico su queste vibrazioni utilizzando impulsi laser. Hanno creato eccitazioni fononiche individuali e hanno confermato il loro aspetto particellare fondamentale. La creazione e la verifica di questi singoli fononi è stato un passo importante verso il pieno controllo quantistico ottico del movimento meccanico.

Ora, hanno compiuto un importante passo successivo creando un entanglement tra due di questi risonatori micromeccanici mediati da fotoni "telecom". L'entanglement è notoriamente noto come "l'azione spettrale a distanza" tra due oggetti che può essere descritta solo con la teoria dei quanti.

"L'entanglement è una risorsa cruciale per le reti di comunicazione quantistica, " afferma il prof. Simon Gröblacher del Kavli Institute of Nanoscience alla TU Delft. "Particolarmente importante è la capacità di distribuire l'entanglement tra memorie quantistiche remote. Realizzazioni precedenti hanno utilizzato sistemi come atomi incorporati in cavità, ma qui, introduciamo una piattaforma a stato solido puramente nanofabbricata sotto forma di microrisonatori basati su chip:piccoli fasci di silicio che confinano contemporaneamente luce e vibrazioni. Estendendo il controllo dei singoli quanti meccanici a più dispositivi, dimostriamo l'intreccio tra tali dispositivi micromeccanici su due chip separati da 20 cm."

I dispositivi utilizzati sono costituiti da fasci di silicio di dimensioni micrometriche. Sono modellati in modo tale che le loro vibrazioni possano essere "scritte" su impulsi laser che li attraversano e viceversa. I fasci vibranti sono composti da 8 miliardi di atomi ciascuno, hanno le dimensioni di una cella, e può quindi essere facilmente visto con una lente d'ingrandimento o un microscopio.

"I dispositivi optomeccanici nanolavorati sono una piattaforma molto promettente per l'elaborazione integrata delle informazioni quantistiche con i fononi, come i parametri del sistema, come la lunghezza d'onda di conversione ottica e i tempi di memoria quantistica, può essere liberamente personalizzato attraverso il design. Per esempio, abbiamo scelto deliberatamente la lunghezza d'onda ottica del dispositivo per essere nella banda di telecomunicazione, che viene tipicamente utilizzato nella distribuzione di Internet a banda larga. In tal modo, mostriamo che le reti quantistiche potrebbero essere costruite utilizzando fibre ottiche convenzionali in combinazione con i nostri dispositivi, " afferma il dott. Sungkun Hong dell'Università di Vienna.

Un altro vantaggio chiave è che i loro dispositivi possono essere integrati su un chip insieme ad altri sistemi quantistici a stato solido. Gli autori, ad esempio, si aspettano che i loro dispositivi possano essere potenzialmente interfacciati con circuiti quantistici superconduttori e utilizzati come "porte ethernet" quantistiche che trasferiscono informazioni quantistiche tra i circuiti e i segnali ottici.

"Il prossimo passo sarà costruire una rete composta da più travi e funzionante su centinaia di metri, magari anche diversi chilometri, avvicinandoci alla realizzazione di un sistema che può essere utilizzato per applicazioni quantistiche reali, " afferma il prof. Gröblacher. "Non vediamo ostacoli fondamentali nel compiere questi passi nei prossimi anni".