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Teletrasporto quantistico tra due chip

RICERCA
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Ecco una notizia di fine anno su cui vale la pena di fermarsi un attimo. L’articolo publicato su Naure Physics si chiama Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon.

Letteralmente, teletrasporto quantistico da chip a chip in silicio e entanglement tra più fotoni.

Ma cosa vuol dire entanglement? Letteralmente entanglemnet vuol dire “intrecciare”, cioè creare un legame tra fotoni/atomi/particelle tale che essi possano comunicare a distanza anche senza essere fisicamente collegati. Si potrebbe anche parlare di correlazione quantistica tra due atomi a distanza.  Modificando le proprietà di un atomo “entangled” ad un altro, da come risultato che anche l’altro atomo subisce le stesse modifiche istantanemente, senza nessun collegamento e limiti di distanza.

Il teletrasporto quantistico così come tutta l’informazione quantistica ha da sempre affascinato tanti ricercatori e con l’articolo pubblicato da Daniel Llewellyn e coautori prima su Arxive già a Novembre del 2019 e poi su Nature Physics a fine Dicembre del 2019 possiamo già intravedere la possibilità di future applicazioni. 

Diversi ricercatori, tra i quali quelli dell’Università di Bristol e della Technical University della Danimarca sono riusciti a trasportare un informazione da un chip ad un altro senza l’uso di collegamenti esterni. Hanno realizzato un dispositivo quantistico fotonico a base di silicio capace di generare, processare e trasferire più stati quantici (multiqubit).

L’importante traguardo sul quale tanti ricercatori hanno scommesso è stato quello del teletrasporto quantistico e dell’informazione quantistica in generale. Cioè poter trasferire un informazione da una parte all’altra del pianeta senza l’uso di mezzi esterni di comunicazione e indipendentemente dalla distanza che lega i due elementi in questione. 

I ricercatori affermano che se guardiamo alle diverse tecniche di fabbricazione di semiconduttori, capiamo che i trasportatori di carica nell’informazione quantistica come gli atomi, gli elettroni e i fotoni possono essere inglobbati in un unico dispositivo integrato. Infatti, ad oggi l’ottica da la possibilità di creare una piattaforma integrata per la realizzazzione di processi di informazione e di trasporto quantistico mediante fotoni su larga scala.

La realizzazzione di ciruiti integrati per le applicazioni quantistiche richiedono la generazione di singoli-fotoni ad elevate prestazioni e di supportare operazioni qubit-qubit entangled.

In passato, la ricerca ha dimostrato la possibilità di produrre fotoni singoli identici e puri e anche multi stati fotonici di qubit entangled con elevata fedeltà, ma in modo indipendente.

Pertanto, l’ obiettivo successivo è quello di creare su un singolo chip un interfaccia tra una sorgente multifotone e un operatore muti-qubit.

Questo è stato il traguardo che questo team di ricercatori ha raggiunto, cioè realizzare entanglement tra multiparticelle e teletrasporto quantistico su un unico chip. Questo traguardo è stato realizzato mediante un controllo coerente di un metwork integrato di microrisonatori che fungono come sorgente di singoli fotoni e un circuito ottico lineare di più qubit correlati tra loro.

La generazione,  il processo, la trasmissione e la misura degli stati quantici (multi-qubit) sono stati tutti realizzati in chip di silicio su scala micrometrica. La sorgente multifotone e il circuito multiqubit sono interfacciati con basso rumore e controllati coerentemente in un unico sistema dove ogni parte è programmabile individulamente.

Per dimostrarlo, gli scienziati hanno creato coppie di fotoni entangled e svolto una misurazione quantistica su un unico chip che ha modificato lo stato di uno dei fotoni. Istantaneamente, anche il secondo fotone su un altro chip ha subito lo stesso cambiamento, dimostrando la communicazione quantistica tra fotoni generati su chip diversi. I due chip in silicio non erano collegati fisicamente tra loro e hanno avuto un tasso di successo del 91%.

 Con questo lavoro si pongono le basi per la realizzazzione di tecnologie multifotone scalabile su chip, integrabile su larga scala e che troverà seguito nella comunicazione e nel calcolo quantistico.

 

 

Maggiori informazioni: Daniel Llewellyn et al. Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon. Nat. Phys. (2019)

Rivista: Nature Physics 

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