I ricercatori del CRANN e della Trinity's School of Physics hanno creato un nuovo dispositivo innovativo che emetterà singole particelle di luce, o fotoni, dai punti quantici che sono la chiave per i computer quantistici pratici, comunicazioni quantistiche, e altri dispositivi quantistici.

Il team ha apportato un miglioramento significativo ai progetti precedenti nei sistemi fotonici tramite il proprio dispositivo, che consente di controllare, emissione direzionale di singoli fotoni e che produce stati entangled di coppie di punti quantici.

Qubit e la promessa dell'informatica quantistica

La promessa dei computer quantistici sfrutta le proprietà dei bit quantistici, i "qubit", per eseguire i calcoli. I computer attuali elaborano e memorizzano le informazioni in bit di 0 o 1, mentre i qubit possono essere 0 e 1 contemporaneamente. Ciò significa che i computer quantistici avranno poteri di calcolo molto maggiori rispetto ai computer classici.

Gli scienziati stanno esplorando diverse opzioni e progetti per rendere l'informatica quantistica una realtà praticabile. Un'idea proposta utilizza sistemi fotonici, facendo uso delle proprietà quantistiche della luce su scala nanometrica, come qubit. Il team Trinity esplora un tale sistema nel loro articolo pubblicato di recente sulla rivista di alto profilo Nano lettere .

Il loro sistema utilizza singoli fotoni di luce emessi in modo controllato nel tempo e nello spazio da emettitori quantistici (materiali su nanoscala noti come punti quantici). Per applicazioni come l'informatica quantistica, è necessario controllare le emissioni da questi punti e produrre l'entanglement quantistico dell'emissione da coppie di questi punti.

L'entanglement quantistico è una proprietà fondamentale della meccanica quantistica e si verifica quando una coppia o un gruppo di particelle sono collegate meccanicamente in modo quantistico in modo tale che lo stato quantistico di ciascuna particella della coppia non possa essere descritto indipendentemente dallo stato delle altre. Essenzialmente, due punti quantici entangled possono emettere fotoni entangled.

Professor John Donegan, CRANN e la Scuola di Fisica del Trinity, disse:

"Il dispositivo funziona posizionando una punta di metallo a pochi nanometri da una superficie contenente i punti quantici. La punta è eccitata dalla luce e produce un campo elettrico di intensità così enorme che può aumentare notevolmente il numero di singoli fotoni emessi dai punti. Questo forte campo può anche accoppiare l'emissione da coppie di punti quantici, impigliando i loro stati in un modo che è unico per gli emettitori quantistici di luce".

L'altro vantaggio significativo è il meccanismo con cui il dispositivo funziona sugli attuali dispositivi fotonici allo stato dell'arte per applicazioni di calcolo quantistico.

Professor Ortwin Hess, Professore di Nanofotonica Quantistica presso la Trinity's School of Physics e CRANN, aggiunto:

"Scansionando la punta di metallo sulla superficie contenente i punti quantici, possiamo generare l'emissione del singolo fotone come richiesto. Un tale dispositivo è molto più semplice degli attuali sistemi che tentano di riparare una punta di metallo, o una cavità, in prossimità di un punto quantico. Ora ci aspettiamo che questo dispositivo e il suo funzionamento avranno un effetto sorprendente sulla ricerca sugli emettitori quantistici per le tecnologie quantistiche".

La collaborazione tra i professori Hess e Donegan è iniziata mentre il professor Hess era all'Imperial College di Londra e continuerà con la sua recente nomina al Trinity attraverso il programma SFI Research Professorship.

Il team prevede di fabbricare dispositivi che dimostreranno l'emissione controllata di singoli fotoni e contribuiranno fortemente allo sforzo di ricerca nelle tecnologie quantistiche in Irlanda.