Un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Osaka ha dimostrato come le informazioni codificate nella polarizzazione circolare di un raggio laser possono essere tradotte nello stato di spin di un elettrone in un punto quantico, ciascuno essendo un bit quantistico e un candidato di computer quantistico. Il risultato rappresenta un passo importante verso un "Internet quantistico, " in cui i futuri computer possono inviare e ricevere informazioni quantistiche in modo rapido e sicuro.

I computer quantistici hanno il potenziale per superare di gran lunga i sistemi attuali perché funzionano in un modo fondamentalmente diverso. Invece di elaborare uno e zero discreti, informazioni quantistiche, se immagazzinato in spin di elettroni o trasmesso da fotoni laser, può trovarsi in una sovrapposizione di più stati contemporaneamente. Inoltre, gli stati di due o più oggetti possono diventare entangled, cosicché lo stato dell'uno non può essere completamente descritto senza quest'altro. La gestione degli stati entangled consente ai computer quantistici di valutare molte possibilità contemporaneamente, oltre a trasmettere informazioni da un luogo all'altro immuni dalle intercettazioni.

Però, questi stati entangled possono essere molto fragili, durano solo microsecondi prima di perdere coerenza. Per realizzare l'obiettivo di un Internet quantistico, su cui segnali luminosi coerenti possono trasmettere informazioni quantistiche, questi segnali devono essere in grado di interagire con gli spin degli elettroni all'interno di computer distanti.

I ricercatori guidati dall'Università di Osaka hanno usato la luce laser per inviare informazioni quantistiche a un punto quantico alterando lo stato di spin di un singolo elettrone intrappolato lì. Mentre gli elettroni non ruotano nel senso comune, hanno momento angolare, che può essere capovolto durante l'assorbimento della luce laser polarizzata circolarmente.

"È importante che questa azione ci ha permesso di leggere lo stato dell'elettrone dopo aver applicato la luce laser per confermare che era nello stato di spin corretto, " afferma il primo autore Takafumi Fujita. "Il nostro metodo di lettura utilizzava il principio di esclusione di Pauli, che vieta a due elettroni di occupare lo stesso identico stato. Sul minuscolo punto quantico, c'è spazio sufficiente per l'elettrone per passare il cosiddetto blocco di spin di Pauli solo se ha lo spin corretto."

Il trasferimento di informazioni quantistiche è già stato utilizzato per scopi crittografici. "Il trasferimento di stati di sovrapposizione o stati entangled consente una distribuzione di chiavi quantistiche completamente sicura, " L'autore senior Akira Oiwa afferma. "Questo perché qualsiasi tentativo di intercettare il segnale distrugge automaticamente la sovrapposizione, rendendo impossibile ascoltare senza essere scoperti."

La rapida manipolazione ottica dei singoli spin è un metodo promettente per produrre una piattaforma di calcolo generale su nanoscala quantistica. Un'eccitante possibilità è che i futuri computer possano essere in grado di sfruttare questo metodo per molte altre applicazioni, comprese l'ottimizzazione e le simulazioni chimiche.