Fai un rimbalzo:un trampolino microscopico potrebbe aiutare gli ingegneri a superare un grosso ostacolo per i computer quantistici, i ricercatori della CU Boulder e del National Institute of Standards and Technology (NIST) riferiscono in un nuovo studio.

La ricerca mira a un passo importante per il calcolo quantistico pratico:come convertire i segnali a microonde, come quelli prodotti da chip quantistici realizzati da Google, Intel e altre società tecnologiche, in raggi di luce che viaggiano lungo i cavi in ​​fibra ottica? Scienziati della JILA, un istituto congiunto di CU Boulder e NIST, pensano di avere la risposta:hanno progettato un dispositivo che utilizza una piccola piastra per assorbire l'energia a microonde e farla rimbalzare nella luce laser.

Il dispositivo può saltare questo divario in modo efficiente, pure, ha detto lo studente laureato JILA Peter Burns. Lui e i suoi colleghi riferiscono che il loro trampolino quantistico può convertire le microonde in luce con una percentuale di successo vicina al 50%, una soglia chiave che gli esperti affermano che i computer quantistici dovranno soddisfare per diventare strumenti di uso quotidiano.

Burns ha affermato che la ricerca del suo team potrebbe un giorno aiutare gli ingegneri a collegare tra loro enormi reti di computer quantistici.

"Attualmente, non c'è modo di convertire un segnale quantistico da un segnale elettrico a un segnale ottico, "disse Burns, uno dei due autori principali del nuovo studio. "Stiamo anticipando una crescita nell'informatica quantistica e stiamo cercando di creare un collegamento che sarà utilizzabile per queste reti".

Traduzione quantistica

Tali reti sono all'orizzonte. Nell'ultima decade, diverse aziende tecnologiche hanno fatto breccia nella progettazione di prototipi di chip quantistici. Questi dispositivi codificano le informazioni in ciò che gli scienziati chiamano qubit, uno strumento di archiviazione più potente rispetto ai bit tradizionali che eseguono il laptop di casa. Ma ottenere le informazioni da tali chip è un'impresa difficile, ha affermato Konrad Lehnert di JILA e coautore della nuova ricerca.

Poiché le interferenze esterne possono facilmente interrompere i segnali quantistici, "devi essere cauto e gentile con le informazioni che invii, " disse Lehnert, un collega del NIST.

Una grande sfida risiede nella traduzione. I chip quantistici top di gamma come Bristlecone di Google o Tangle Lake di Intel inviano dati sotto forma di fotoni, o piccoli pacchetti di luce, che oscillano alle frequenze delle microonde. Gran parte delle comunicazioni moderne, però, si basa su cavi in ​​fibra ottica che possono inviare solo luce ottica.

Nella ricerca pubblicata oggi in Fisica della natura , il gruppo JILA ha affrontato la sfida di inserire un piolo quadrato in un foro rotondo con una minuscola lastra di nitruro di silicio. Il team riferisce che lo zapping di un tale trampolino con un raggio di fotoni a microonde lo fa vibrare ed espelle i fotoni dall'altra estremità, tranne che questi fotoni ora vibrano alle frequenze ottiche.

I ricercatori sono stati in grado di ottenere quel luppolo, saltare e un salto con un'efficienza del 47 percento, il che significa che per ogni due fotoni a microonde che colpiscono il piatto, vicino a un fotone ottico è uscito. È una prestazione molto migliore rispetto ad altri metodi per convertire le microonde in luce, ad esempio utilizzando cristalli o magneti, ha detto Burns.

Ha aggiunto che ciò che colpisce davvero del dispositivo è la sua silenziosità. Anche nei laboratori ultra-freddi in cui sono conservati i chip quantistici, tracce di calore possono far tremare il trampolino della squadra. Quella, a sua volta, invia fotoni in eccesso che contaminano il segnale. Per sbarazzarsi del disordine, i ricercatori hanno inventato un nuovo modo per misurare quel rumore e sottrarlo ai loro fasci di luce. Quello che resta è un segnale straordinariamente pulito.

"Quello che facciamo è misurare quel rumore sul lato microonde del dispositivo, e che ci permette di distinguere dal lato ottico tra il segnale e il rumore, " ha detto Burns.

Mettersi in rete

La squadra dovrà ridurre ancora di più il rumore affinché il trampolino diventi uno strumento pratico. Ma ha il potenziale per consentire molte reti. Anche con i recenti progressi nei chip quantistici, i dispositivi moderni hanno ancora una potenza di elaborazione limitata. Un modo per aggirare il problema è collegare insieme molti chip più piccoli in un unico frantumatore di numeri, ha detto Lehnert.

"È chiaro che ci stiamo muovendo verso un futuro in cui avremo piccoli prototipi di computer quantistici, " Ha detto Lehnert. "Sarà un enorme vantaggio se riusciamo a metterli in rete insieme".