computer quantistici, che utilizzano particelle di luce (fotoni) invece di elettroni per trasmettere ed elaborare dati, mantenere la promessa di una nuova era della ricerca in cui il tempo necessario per realizzare farmaci salvavita e nuove tecnologie sarà notevolmente ridotto. I fotoni sono candidati promettenti per il calcolo quantistico perché possono propagarsi su lunghe distanze senza perdere informazioni, ma quando sono immagazzinati nella materia diventano fragili e suscettibili di decoerenza. Ora i ricercatori con la Photonics Initiative presso l'Advanced Science Research Center (ASRC) presso il Graduate Center, CUNY ha sviluppato un nuovo protocollo per immagazzinare e rilasciare un singolo fotone in un autostato incorporato, uno stato quantico che non è virtualmente influenzato da perdita e decoerenza. Il nuovo protocollo dettagliato nell'attuale numero di ottica , mira a promuovere lo sviluppo dei computer quantistici.

"L'obiettivo è archiviare e rilasciare singoli fotoni su richiesta garantendo contemporaneamente la stabilità dei dati, " disse Andrea Alù, direttore fondatore dell'iniziativa ASRC Photonics e Einstein Professor of Physics presso The Graduate Center. "Il nostro lavoro dimostra che è possibile confinare e preservare un singolo fotone in una cavità aperta e farlo rimanere lì fino a quando non viene richiesto da un altro fotone di continuare a propagarsi".

Il team di ricerca ha utilizzato tecniche di elettrodinamica quantistica per sviluppare la propria teoria. Studiano un sistema composto da un atomo e una cavità, quest'ultima parzialmente aperta e quindi normalmente consentirebbe alla luce intrappolata nel sistema di fuoriuscire e di perdersi rapidamente. Il gruppo di ricerca ha mostrato, però, che in determinate condizioni fenomeni di interferenza distruttiva possono impedire la dispersione e consentire a un singolo fotone di essere ospitato nel sistema indefinitamente. Questo autostato incorporato potrebbe essere molto utile per memorizzare informazioni senza degradazione, ma la natura chiusa di questo stato protetto crea anche una barriera agli stimoli esterni, in modo che anche i singoli fotoni non possano essere iniettati nel sistema. Il team di ricerca è stato in grado di superare questa limitazione eccitando il sistema contemporaneamente con due o più fotoni.

"Abbiamo proposto un sistema che agisce come una scatola chiusa quando eccitato da un singolo fotone, ma si apre in modo molto efficiente quando lo colpiamo con due o più fotoni, " disse Michele Cotrufo, primo autore dell'articolo e borsista post-dottorato con l'ASRC Photonics Initiative. "La nostra teoria mostra che due fotoni possono essere iniettati in modo efficiente nel sistema chiuso. Dopodiché, un fotone andrà perso e l'altro sarà intrappolato quando il sistema si chiude. Il fotone immagazzinato ha il potenziale per essere preservato nel sistema a tempo indeterminato".

Nei sistemi realistici, ulteriori imperfezioni impedirebbero il perfetto confinamento dei fotoni, ma i calcoli del team di ricerca hanno mostrato che il loro protocollo supera le precedenti soluzioni basate su una singola cavità.

Gli autori hanno anche dimostrato che il fotone eccitato immagazzinato può essere successivamente rilasciato su richiesta inviando un secondo impulso di fotoni.

La scoperta del team ha il potenziale per risolvere sfide critiche per l'informatica quantistica, compresa la generazione su richiesta di stati fotonici entangled e memorie quantistiche. Il gruppo sta ora esplorando strade per verificare sperimentalmente il proprio lavoro teorico.