I ricercatori dell'Università di Basilea hanno costruito un elemento di memoria quantistica basato su atomi in una minuscola cella di vetro. In futuro, tali memorie quantistiche potrebbero essere prodotte in serie su un wafer.
È difficile immaginare la nostra vita senza reti come Internet o le reti di telefonia mobile. In futuro, sono previste reti simili per le tecnologie quantistiche che consentiranno la trasmissione di messaggi a prova di intercettazione utilizzando la crittografia quantistica e renderanno possibile la connessione tra computer quantistici.
Come le loro controparti convenzionali, tali reti quantistiche richiedono elementi di memoria in cui le informazioni possono essere temporaneamente archiviate e instradate secondo necessità. Un team di ricercatori dell’Università di Basilea guidato dal professor Philipp Treutlein ha ora sviluppato un elemento di memoria di questo tipo, che può essere microfabbricato ed è quindi adatto alla produzione di massa. I loro risultati sono stati pubblicati in Physical Review Letters .
Le particelle luminose sono particolarmente adatte a trasmettere informazioni quantistiche. I fotoni possono essere utilizzati per inviare informazioni quantistiche attraverso cavi in fibra ottica, ai satelliti o a un elemento di memoria quantistica. Lì, lo stato quantomeccanico dei fotoni deve essere memorizzato nel modo più preciso possibile e, dopo un certo tempo, riconvertito in fotoni.
Due anni fa, i ricercatori di Basilea hanno dimostrato che funziona bene utilizzando atomi di rubidio in una cella di vetro. "Tuttavia, quella cella di vetro era fatta a mano e misurava diversi centimetri", afferma il dottor Roberto Mottola, postdoc. "Per essere adatte all'uso quotidiano, tali cellule devono essere più piccole e adatte a essere prodotte in grandi quantità."
Questo è esattamente ciò che Treutlein e i suoi collaboratori sono riusciti a realizzare. Per utilizzare una cella molto più piccola, di soli pochi millimetri, ottenuta dalla produzione in serie di orologi atomici, hanno dovuto sviluppare alcuni trucchi. Per avere un numero sufficiente di atomi di rubidio per l'immagazzinamento quantistico nonostante le piccole dimensioni della cella, hanno dovuto riscaldare la cella a 100° centigradi per aumentare la pressione del vapore.
Inoltre, hanno esposto gli atomi a un campo magnetico di 1 tesla, più di 10.000 volte più forte del campo magnetico terrestre. Ciò ha spostato i livelli di energia atomica in un modo che ha facilitato l’immagazzinamento quantistico di fotoni utilizzando un raggio laser aggiuntivo. Questo metodo ha permesso ai ricercatori di immagazzinare fotoni per circa 100 nanosecondi. I fotoni liberi avrebbero percorso 30 metri in quel lasso di tempo.
"In questo modo abbiamo costruito, per la prima volta, una memoria quantistica in miniatura per fotoni di cui è possibile produrre circa 1.000 copie in parallelo su un singolo wafer", afferma Treutlein.
Nell'esperimento attuale l'immagazzinamento è stato dimostrato utilizzando impulsi laser fortemente attenuati, ma nel prossimo futuro Treutlein, in collaborazione con il CSEM di Neuchâtel, vuole immagazzinare anche singoli fotoni nelle celle in miniatura. Inoltre, il formato delle celle di vetro deve ancora essere ottimizzato, in modo da immagazzinare i fotoni il più a lungo possibile preservandone gli stati quantistici.
Ulteriori informazioni: Roberto Mottola et al, Memoria ottica in una cella di vapore di rubidio microfabbricata, Lettere di revisione fisica (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.260801. Su arXiv :DOI:10.48550/arxiv.2307.08538
Informazioni sul giornale: Lettere di revisione fisica , arXiv
Fornito dall'Università di Basilea
