Si prevede che lo sviluppo di tecnologie in grado di elaborare le informazioni sulla base delle leggi della fisica quantistica avrà un profondo impatto sulla società moderna.

Per esempio, i computer quantistici possono contenere la chiave per risolvere problemi troppo complessi per i supercomputer più potenti di oggi, e un Internet quantistico potrebbe in definitiva proteggere le informazioni mondiali da attacchi dannosi.

Però, tutte queste tecnologie si basano su "informazioni quantistiche, " che è tipicamente codificato in singole particelle quantistiche che sono estremamente difficili da controllare e misurare.

Scienziati dell'Università di Bristol, in collaborazione con la Technical University of Denmark (DTU), hanno sviluppato con successo dispositivi su scala di chip in grado di sfruttare le applicazioni della fisica quantistica generando e manipolando singole particelle di luce all'interno di circuiti programmabili su nanoscala.

Questi chip sono in grado di codificare le informazioni quantistiche nella luce generata all'interno dei circuiti e possono elaborare le "informazioni quantistiche" con alta efficienza e rumore estremamente basso. Questa dimostrazione potrebbe consentire un aumento significativo della capacità di produrre circuiti quantistici più complessi necessari nell'informatica e nelle comunicazioni quantistiche.

Il loro lavoro, pubblicato sulla rivista Fisica della natura e disponibile gratuitamente in forma di prestampa sul server di prestampa arXiv, ospita una serie di dimostrazioni quantistiche.

In uno degli esperimenti rivoluzionari, i ricercatori dell'Università di Bristol Quantum Engineering Technology Labs (QET Labs) dimostrano per la prima volta il teletrasporto quantistico di informazioni tra due chip programmabili, che osservano è una pietra angolare delle comunicazioni quantistiche e dell'informatica quantistica.

Il teletrasporto quantistico offre il trasferimento dello stato quantistico di una particella quantistica da un luogo all'altro utilizzando l'entanglement. Il teletrasporto non è utile solo per la comunicazione quantistica, ma è un elemento fondamentale dell'informatica quantistica ottica. Tuttavia, stabilire un collegamento di comunicazione intricato tra due chip in laboratorio si è rivelato molto impegnativo.

Il coautore di Bristol Dan Llewellyn ha dichiarato:"Siamo stati in grado di dimostrare un collegamento entanglement di alta qualità tra due chip in laboratorio, dove i fotoni su entrambi i chip condividono un singolo stato quantico.

"Ogni chip è stato quindi completamente programmato per eseguire una serie di dimostrazioni che utilizzano l'entanglement.

"La dimostrazione di punta era un esperimento di teletrasporto a due chip, per cui lo stato quantistico individuale di una particella viene trasmesso attraverso i due chip dopo che è stata eseguita una misurazione quantistica. Questa misurazione utilizza lo strano comportamento della fisica quantistica, che contemporaneamente fa collassare il collegamento di entanglement e trasferisce lo stato della particella a un'altra particella già presente sul chip ricevitore."

Un altro coautore, Dottor Imad Faruque, anche da Bristol, ha aggiunto:"Sulla base del nostro precedente risultato di sorgenti a singolo fotone di alta qualità su chip, abbiamo costruito un circuito ancora più complesso contenente quattro sorgenti.

"Tutte queste sorgenti sono state testate e risultate essere quasi identiche emettendo fotoni quasi identici, che è un criterio essenziale per l'insieme di esperimenti che avevamo eseguito, come lo scambio di entanglement".

I risultati hanno mostrato un teletrasporto quantistico ad altissima fedeltà del 91%. Inoltre, i ricercatori sono stati in grado di dimostrare alcune altre importanti funzionalità dei loro progetti, come lo scambio di entanglement (necessario per ripetitori quantistici e reti quantistiche) e stati GHZ a quattro fotoni (richiesto nell'informatica quantistica e nell'internet quantistica).

Secondo il co-autore Dr. Yunhong Ding, da DTU, bassa perdita, elevata stabilità, e un'eccellente controllabilità sono estremamente importanti per la fotonica quantistica integrata. Ha detto:"Questo esperimento è stato reso possibile grazie alla tecnologia fotonica al silicio a bassa perdita all'avanguardia basata sulla fabbricazione di alta qualità presso il DTU".

Autore principale, Dott. Jianwei Wang, ora all'Università di Pechino, ha detto:"In futuro, una singola integrazione Si-chip di dispositivi fotonici quantistici e controlli elettronici classici aprirà la porta a reti di comunicazione quantistica e di elaborazione delle informazioni completamente basate su chip CMOS compatibili".