La memorizzazione di fotoni segna progressi nella tecnologia quantistica
I fenomeni quantistici si manifestano a livello di atomi e particelle subatomiche. La nostra comprensione di ciò che accade a questo livello ha schiuso nuove entusiasmanti possibilità in campi quali la tecnologia quantistica e l’informatica quantistica. Questo potrebbe rappresentare un punto di svolta per la società umana. I computer quantistici potrebbero un giorno risolvere in pochi secondi problemi che richiederebbero miliardi di anni a computer normali.
Idee brillanti
Le tecnologie fotoniche quantistiche sono quelle in cui la luce svolge un ruolo centrale. «La luce è uno dei pochi mezzi in cui possiamo osservare fenomeni quantistici in condizioni normali», spiega Ian Walmsley, coordinatore del progetto BRiiGHT e professore di fisica sperimentale presso l’Imperial College London, nel Regno Unito. «Ciò la rende un mezzo ideale per le applicazioni quantistiche». Le tecnologie quantistiche fotoniche hanno un enorme potenziale in applicazioni quali comunicazioni sicure o per collegare i nodi di un computer quantistico. «In linea di principio è persino possibile costruire un processore quantistico completamente fuori dalla luce», osserva Walmsley. «Diverse aziende e gruppi di ricerca stanno attualmente cercando di raggiungere questo obiettivo». L’espansione di alcune tecnologie quantistiche prevede tuttavia che la memoria quantistica memorizzi e rilasci la luce su richiesta. L’inaffidabilità delle sorgenti di fotoni, che non sempre ne producono quando sono necessari o garantiscono una qualità adeguata, ha rappresentato una sfida importante fino ad oggi. Tali imperfezioni hanno ostacolato il lancio di tecnologie fotoniche quantistiche per l’informatica e le comunicazioni. Il progetto BRiiGHT, sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, ha cercato di affrontare questa sfida costruendo una solida unità di memorizzazione della luce per fornire fotoni su richiesta. Ciò consentirebbe ai fotoni di essere memorizzati e quindi rilasciati nella rete tutti insieme. «Un compito fondamentale in questo contesto consisteva nel costruire una memoria quantistica con il giusto livello di efficienza e con un rumore sufficientemente basso», afferma Walmsley. «Il rumore preclude le operazioni a livello quantistico». Dopo aver raggiunto questo obiettivo, Walmsley e il suo team si sono concentrati sul miglioramento della qualità della sorgente luminosa. «Siamo stati in grado di dimostrare che è possibile “sintonizzare” la memoria in modo che si adatti a diverse applicazioni», aggiunge. «Queste includono la sincronizzazione di rete, il filtraggio per migliorare la qualità dei fotoni o come stazione ripetitrice per comunicazioni quantistiche a lunga distanza».
Soluzioni di memorizzazione di fotoni
L’accesso ai fotoni su richiesta è uno degli elementi costitutivi dell’informatica quantistica fotonica. Il progetto BRiiGHT ha svolto un ruolo fondamentale in questo senso, con i suoi impressionanti progressi nella memoria quantistica. «Restano ancora alcuni gravi problemi di ingegneria da affrontare», osserva Walmsley. «Tuttavia, riteniamo che la memoria sia abbastanza semplice da renderne fattibile la produzione di massa, che è ciò che sarà necessario per qualsiasi macchina quantistica». Le memorie quantistiche fotoniche possono anche essere utili nei computer quantistici basati sulla rete e per i protocolli che richiedono l’accesso alla rete quantistica. Walmsley è certo che alla fine esse verranno utilizzate nelle reti di comunicazione quantistica. «Sebbene il livello di rumore, la larghezza di banda e l’efficienza della memoria siano appropriati per alcune applicazioni, dobbiamo comunque migliorare alcuni aspetti delle prestazioni della memoria», spiega. «Ciò include la possibilità di memorizzazione a lungo termine, che aprirebbe la porta a una gamma più ampia di applicazioni, compresi i ripetitori quantistici». La tecnologia è stata autorizzata. «Sarebbe fantastico vederla funzionare alla fine come componente di un sistema commerciale per l’informatica quantistica o altre applicazioni di questo campo», afferma Walmsley.
Parole chiave
BRiiGHT, quantistico, informatica, fotoni, atomi, subatomico, fotonico