La promessa di un'internet quantistica dipende dalla complessità di sfruttare la luce per trasmettere informazioni quantistiche su reti in fibra ottica. Un potenziale passo avanti è stato segnalato oggi dai ricercatori svedesi che hanno sviluppato chip integrati in grado di generare particelle leggere su richiesta e senza la necessità di una refrigerazione estrema.

L'informatica quantistica oggi si basa sugli stati della materia, questo è, elettroni che trasportano qubit di informazioni per eseguire più calcoli contemporaneamente, in una frazione del tempo necessario con l'informatica classica.

Il coautore della ricerca, Val Zwiller, Professore al KTH Royal Institute of Technology, afferma che per integrare perfettamente l'informatica quantistica con le reti in fibra ottica, utilizzate oggi da Internet, un approccio più promettente sarebbe quello di sfruttare i fotoni ottici.

"L'approccio fotonico offre un legame naturale tra comunicazione e calcolo, " dice. "Questo è importante, poiché l'obiettivo finale è trasmettere le informazioni quantistiche elaborate usando la luce".

Ma affinché i fotoni forniscano qubit su richiesta nei sistemi quantistici, devono essere emessi in modo deterministico, piuttosto che probabilistico, moda. Ciò può essere ottenuto a temperature estremamente basse in atomi artificiali, ma oggi il gruppo di ricerca del KTH ha segnalato un modo per farlo funzionare nei circuiti ottici integrati, a temperatura ambiente.

Il nuovo metodo consente di posizionare con precisione gli emettitori di fotoni in circuiti ottici integrati che assomigliano a fili di rame per l'elettricità, tranne che portano invece la luce, afferma il coautore della ricerca, Ali Elshaari, Professore Associato presso KTH.

I ricercatori hanno sfruttato le proprietà di emissione di un singolo fotone del nitruro di boro esagonale (hBN), un materiale stratificato. hBN è un composto comunemente usato è usato ceramiche, leghe, resine, plastiche e gomme per conferire loro proprietà autolubrificanti. Hanno integrato il materiale con guide d'onda in nitruro di silicio per dirigere i fotoni emessi.

I circuiti quantistici con luce funzionano a temperature criogeniche, più 4 Kelvin sopra lo zero assoluto, utilizzando sorgenti di fotoni singoli simili ad atomi, o a temperatura ambiente utilizzando sorgenti casuali di singoli fotoni, dice Elshaari. Al contrario, la tecnica sviluppata al KTH consente circuiti ottici con emissione su richiesta di particelle luminose a temperatura ambiente.

"Nei circuiti ottici esistenti funzionanti a temperatura ambiente, non si sa mai quando viene generato il singolo fotone a meno che non si faccia una misura premonitrice, " Dice Elshaari. "Abbiamo realizzato un processo deterministico che posiziona con precisione gli emettitori di particelle di luce che operano a temperatura ambiente in un circuito fotonico integrato".

I ricercatori hanno segnalato l'accoppiamento dell'emettitore di singolo fotone hBN alle guide d'onda di nitruro di silicio, e hanno sviluppato un metodo per visualizzare gli emettitori quantistici. Quindi in un approccio ibrido, il team ha costruito i circuiti fotonici rispetto alle posizioni delle sorgenti quantistiche utilizzando una serie di passaggi che coinvolgono la litografia e l'incisione a fascio di elettroni, pur preservando la natura di alta qualità della luce quantistica.

Il risultato apre un percorso verso l'integrazione ibrida, questo è, incorporando emettitori a singolo fotone simili ad atomi in piattaforme fotoniche che non possono emettere luce in modo efficiente su richiesta.