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Esistono anche bit quantistici, o qubit, che presentano differenze critiche rispetto ai bit e ai byte comuni. Questi fotoni, particelle di luce, possono trasportare informazioni quantistiche e offrire capacità eccezionali che non possono essere ottenute in nessun altro modo. A differenza del calcolo binario, dove i bit possono rappresentare solo 0 o 1, il comportamento dei qubit esiste nel regno della meccanica quantistica. Attraverso la "sovrapposizione", un qubit può rappresentare uno 0, un 1 o qualsiasi proporzione intermedia. Ciò aumenta notevolmente la velocità di elaborazione di un computer quantistico rispetto ai computer odierni.
"L'apprendimento delle capacità dei qubit è stato una forza trainante per il campo emergente delle tecnologie quantistiche, aprendo applicazioni nuove e inesplorate come la comunicazione, l'informatica e il rilevamento quantistici", ha affermato Hong Koo Kim, professore di ingegneria elettrica e informatica presso l'Università di Scuola di ingegneria di Pittsburgh Swanson.
Le tecnologie quantistiche sono importanti per numerosi campi, come per le banche che proteggono le informazioni finanziarie o forniscono ai ricercatori la velocità necessaria per imitare tutti gli aspetti della chimica. E attraverso l’entanglement quantistico, i qubit potrebbero “comunicare” su grandi distanze come un unico sistema. Kim e il suo studente laureato, Yu Shi, hanno fatto una scoperta che potrebbe aiutare la tecnologia quantistica a fare un salto di qualità.
Le tecnologie quantistiche basate sui fotoni si basano su sorgenti di singoli fotoni che possono emettere singoli fotoni.
Questi singoli fotoni possono essere generati da semiconduttori su scala nanometrica, più comunemente noti come punti quantici. In modo simile al modo in cui le antenne a microonde trasmettono i segnali dei telefoni cellulari, un punto quantico agisce come un'antenna che irradia luce.
"Eseguendo un'analisi rigorosa, abbiamo scoperto che un emettitore di punti quantici, o un'antenna a dipolo su scala nanometrica, intrappola una grande quantità di energia", ha spiegato Kim. "Il funzionamento del regime esterno di un dipolo emettitore è ben compreso, ma questa è davvero la prima volta che un dipolo viene studiato all'interno."
I fotoni da quei punti quantici escono con la mano, come noi destrimani o mancini, e l'informazione quantistica viene trasportata da questa mano dei singoli fotoni. Pertanto, selezionarli in percorsi diversi è un compito importante per l’elaborazione delle informazioni quantistiche. Il team di Kim ha sviluppato un nuovo modo di separare i fotoni con mani diverse e di raccoglierli in modo efficiente per un'ulteriore elaborazione in futuro.
"Si prevede che i risultati di questo lavoro contribuiranno allo sviluppo di sorgenti di fotoni singoli ad alta velocità, un componente fondamentale necessario nella fotonica quantistica", ha affermato Kim.
L'articolo "Spin texture and chiral accoppiamento del campo di dipolo polarizzato circolarmente" è pubblicato sulla rivista Nanophotonics .
Ulteriori informazioni: Yu Shi et al, Struttura dello spin e accoppiamento chirale del campo dipolare polarizzato circolarmente, Nanofotonica (2023). DOI:10.1515/nanoph-2022-0581
Fornito dall'Università di Pittsburgh
