L'entanglement quantistico è uno dei fenomeni più fondamentali e intriganti in natura. Recenti ricerche sull'entanglement hanno dimostrato di essere una risorsa preziosa per la comunicazione quantistica e l'elaborazione delle informazioni. Ora, scienziati giapponesi hanno scoperto uno stato di entanglement quantistico stabile di due protoni su una superficie di silicio, aprendo le porte a un'unione organica di piattaforme di calcolo classiche e quantistiche e potenzialmente rafforzando il futuro della tecnologia quantistica.

Uno dei fenomeni più interessanti della meccanica quantistica è l'"entanglement quantistico". Questo fenomeno descrive come alcune particelle siano indissolubilmente legate, tali che i loro stati possono essere descritti solo con riferimento l'uno all'altro. Questa interazione tra particelle costituisce anche la base del calcolo quantistico. Ed è per questo, negli ultimi anni, i fisici hanno cercato tecniche per generare entanglement. Però, queste tecniche affrontano una serie di ostacoli ingegneristici, comprese le limitazioni nella creazione di un gran numero di "qubit" (bit quantistici, l'unità di base dell'informazione quantistica), la necessità di mantenere temperature estremamente basse ( <1K), e l'uso di materiali ultrapuri. Le superfici o le interfacce sono cruciali nella formazione dell'entanglement quantistico. Sfortunatamente, gli elettroni confinati alle superfici sono inclini alla "decoerenza, " una condizione in cui non esiste una relazione di fase definita tra i due stati distinti. Quindi, per ottenere stabile, qubit coerenti, gli stati di spin degli atomi di superficie (o equivalentemente, protoni) deve essere determinato.

Recentemente, un team di scienziati in Giappone, tra cui il Prof. Takahiro Matsumoto della Nagoya City University, Prof. Hidehiko Sugimoto dell'Università di Chuo, Dr. Takashi Ohhara dell'Agenzia giapponese per l'energia atomica, e il Dr. Susumu Ikeda della High Energy Accelerator Research Organization, ha riconosciuto la necessità di qubit stabili. Osservando gli stati di spin superficiale, gli scienziati hanno scoperto una coppia di protoni intrecciati sulla superficie di un nanocristallo di silicio.

Prof. Matsumoto, lo scienziato capo, sottolinea il significato del loro studio:"L'entanglement protonico è stato precedentemente osservato nell'idrogeno molecolare e svolge un ruolo importante in una varietà di discipline scientifiche. Tuttavia, lo stato entangled è stato trovato solo nelle fasi gassose o liquide. Ora, abbiamo rilevato entanglement quantistico su una superficie solida, che può gettare le basi per le future tecnologie quantistiche." Il loro studio pionieristico è stato pubblicato in un recente numero di Revisione fisica B .

Gli scienziati hanno studiato gli stati di spin utilizzando una tecnica nota come "spettroscopia a diffusione anelastica di neutroni" per determinare la natura delle vibrazioni superficiali. Modellando questi atomi di superficie come "oscillatori armonici, " hanno mostrato anti-simmetria dei protoni. Poiché i protoni erano identici (o indistinguibili), il modello dell'oscillatore ha limitato i loro possibili stati di spin, con conseguente forte intreccio. Rispetto all'entanglement protonico nell'idrogeno molecolare, l'entanglement ospitava un'enorme differenza di energia tra i suoi stati, assicurandone la longevità e la stabilità. Inoltre, gli scienziati hanno teoricamente dimostrato una transizione a cascata di coppie di fotoni entangled terahertz utilizzando l'entanglement protonico.

La confluenza dei qubit di protoni con la tecnologia contemporanea del silicio potrebbe portare a un'unione organica di piattaforme di calcolo classiche e quantistiche, abilitando un numero molto maggiore di qubit (10 ⁶ ) rispetto a quello attualmente disponibile (10 ² ), ed elaborazione ultraveloce per nuove applicazioni di supercalcolo. "I computer quantistici possono gestire problemi complessi, come la fattorizzazione degli interi e il "problema del commesso viaggiatore", ' che sono praticamente impossibili da risolvere con i supercomputer tradizionali. Questo potrebbe essere un punto di svolta nell'informatica quantistica per quanto riguarda l'archiviazione, in lavorazione, e trasferimento di dati, potenzialmente anche portando a un cambiamento di paradigma nei prodotti farmaceutici, la sicurezza dei dati, e molti altri ambiti, " conclude un ottimista Prof. Matsumoto.

Potremmo essere sul punto di assistere a una rivoluzione tecnologica nell'informatica quantistica.