Due fisici dell'Università di Costanza stanno sviluppando un metodo che potrebbe consentire lo scambio stabile di informazioni nei computer quantistici. Protagonisti:i fotoni che fanno "volare" i bit quantistici.
I computer quantistici sono considerati il prossimo grande passo evolutivo nella tecnologia dell’informazione. Ci si aspetta che risolvano problemi informatici che i computer di oggi semplicemente non sono in grado di risolvere, o che richiederebbero secoli per essere risolti. Gruppi di ricerca in tutto il mondo stanno lavorando per rendere il computer quantistico una realtà. Questo è tutt'altro che facile, perché i componenti di base di un computer di questo tipo, i bit quantistici o qubit, sono estremamente fragili.
Un tipo di qubit è costituito dal momento angolare intrinseco (spin) di un singolo elettrone, ovvero sono sulla scala di un atomo. È già abbastanza difficile mantenere intatto un sistema così fragile. È ancora più difficile interconnettere due o più di questi qubit. Allora come si può ottenere uno scambio stabile di informazioni tra qubit?
I due fisici di Costanza Benedikt Tissot e Guido Burkard hanno ora sviluppato un modello teorico di come lo scambio di informazioni tra qubit potrebbe avere successo utilizzando i fotoni come mezzo di trasporto per l'informazione quantistica. L'idea generale è che il contenuto informativo (stato di spin dell'elettrone) del qubit materiale venga convertito in un "qubit volante", cioè un fotone. I fotoni sono quanti di luce che costituiscono gli elementi costitutivi di base del campo di radiazione elettromagnetica.
La particolarità del nuovo modello sono le emissioni Raman stimolate che vengono utilizzate per convertire il qubit in un fotone. Questa procedura consente un maggiore controllo sui fotoni. "Stiamo proponendo un cambio di paradigma dall'ottimizzazione del controllo durante la generazione del fotone all'ottimizzazione diretta della forma temporale dell'impulso luminoso nel qubit volante", spiega Burkard.
Tissot paragona la procedura di base a Internet:"In un computer classico abbiamo i nostri bit, che sono codificati su un chip sotto forma di elettroni. Se vogliamo inviare informazioni su lunghe distanze, il contenuto informativo dei bit viene convertito in un segnale luminoso che viene trasmesso attraverso fibre ottiche."
Il principio dello scambio di informazioni tra qubit in un computer quantistico è molto simile:"Anche qui dobbiamo convertire le informazioni in stati che possono essere facilmente trasmessi e i fotoni sono ideali per questo", spiega Tissot.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Physical Review Research .
"Dobbiamo considerare diversi aspetti", afferma Tissot. "Vogliamo controllare la direzione in cui fluiscono le informazioni, nonché quando, quanto velocemente e dove fluiscono. Ecco perché abbiamo bisogno di un sistema che consenta un elevato livello di controllo."
Il metodo dei ricercatori rende possibile questo controllo mediante emissioni Raman stimolate e potenziate dal risonatore. Dietro questo termine c'è un sistema a tre livelli, che porta ad una procedura in più fasi. Queste fasi offrono ai fisici il controllo sul fotone che viene creato. "Abbiamo 'più pulsanti' qui che possiamo azionare per controllare il fotone", afferma Tissot.
L'emissione Raman stimolata è un metodo consolidato in fisica. Tuttavia, utilizzarli per inviare direttamente gli stati dei qubit è insolito. Il nuovo metodo potrebbe consentire di bilanciare le conseguenze delle perturbazioni ambientali e gli effetti collaterali indesiderati dei rapidi cambiamenti nella forma temporale dell'impulso luminoso, in modo che il trasporto delle informazioni possa essere implementato in modo più accurato.
Ulteriori informazioni: Benedikt Tissot et al, Modellazione efficiente di qubit volanti ad alta fedeltà, Ricerca di revisione fisica (2024). DOI:10.1103/PhysRevResearch.6.013150
Fornito dall'Università di Costanza
