I ricercatori dell'Università di Copenaghen hanno sviluppato un nanocomponente che emette particelle luminose che trasportano informazioni quantistiche. Meno di un decimo della larghezza di un capello umano, il minuscolo componente rende possibile la scalabilità e alla fine potrebbe raggiungere le capacità richieste per un computer quantistico o Internet quantistico. Il risultato della ricerca mette la Danimarca in testa alla corsa quantistica.

I team di tutto il mondo stanno lavorando per sviluppare tecnologie quantistiche. L'obiettivo dei ricercatori del Center for Hybrid Quantum Networks (Hy-Q) presso il Niels Bohr Institute dell'Università di Copenaghen è lo sviluppo di tecnologie di comunicazione quantistiche basate su circuiti luminosi, noti come circuiti nanofotonici. I ricercatori dell'UCPH hanno ora ottenuto un importante progresso.

"Si tratta di un risultato davvero importante, nonostante il componente sia così piccolo, " afferma il Professore Associato Leonardo Midolo, che ha lavorato per questa svolta negli ultimi cinque anni.

Il gruppo di ricerca ha inventato un componente, chiamato router nanomeccanico, che emette informazioni quantistiche trasportate da particelle di luce (fotoni) e le indirizza in direzioni diverse all'interno di un chip fotonico. I chip fotonici sono come i microchip dei computer:solo, usano la luce invece degli elettroni. Il componente fonde la nano-opto-meccanica e la fotonica quantistica, due aree di ricerca che, fino ad ora, non sono mai stati combinati. La cosa più spettacolare di tutte è la dimensione del componente, solo un decimo di un capello umano. È questa dimensione microscopica che lo rende così promettente per le applicazioni future.

"Riunire i mondi della nanomeccanica e della fotonica quantistica è un modo per aumentare la tecnologia quantistica. Nella fisica quantistica, è stata una sfida scalare i sistemi. Fino ad ora, siamo stati in grado di inviare singoli fotoni. Però, fare cose più avanzate con la fisica quantistica, avremo bisogno di scalare i sistemi, che è ciò che questa invenzione consente. Per costruire un computer quantistico o un Internet quantistico, non hai solo bisogno di un fotone alla volta, hai bisogno di molti fotoni contemporaneamente che puoi connettere tra loro, " spiega Leonardo Midolo.

Raggiungere la "supremazia quantistica" è realistico

Per sfruttare le leggi della meccanica quantistica, per esempio. per costruire un computer quantistico o un Internet quantistico, molti router nanomeccanici devono essere integrati nello stesso chip. Sono necessari circa 50 fotoni per avere una potenza sufficiente per raggiungere la cosiddetta "supremazia quantistica". Secondo Midolo, il nuovo router nanomeccanico rende questo obiettivo realistico.

"Abbiamo calcolato che il nostro router nanomeccanico può già essere scalato fino a dieci fotoni, e con ulteriori miglioramenti, dovrebbe essere in grado di raggiungere i 50 fotoni necessari per raggiungere la "supremazia quantistica"."

L'invenzione è anche un importante passo avanti nel controllo della luce in un chip. La tecnologia esistente consente di integrare solo pochi router su un singolo chip a causa dell'ampio ingombro del dispositivo. Router nanomeccanici, anzi, sono così piccole che diverse migliaia possono essere integrate nello stesso chip.

"Il nostro componente è estremamente efficiente. Si tratta di essere in grado di emettere molti fotoni contemporaneamente, senza perderne nessuno. Nessun'altra tecnica attuale lo consente, "dice Leonardo Midolo.

La ricerca è condotta nel Quantum Photonics Group presso il Niels Bohr Institute, che fa parte del nuovo Centro per le reti quantistiche ibride (Hy-Q)