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Ottica quantica per l’elaborazione delle informazioni quantiche

Scienziati finanziati dall’UE hanno lavorato sulle memorie quantiche – dispositivi che permettono l’immagazzinamento e il recupero a richiesta di fotoni – per rendere possibile la sincronizzazione di componenti di processori di informazioni quantiche.
Ottica quantica per l’elaborazione delle informazioni quantiche
L’elaborazione di informazioni quantiche con la luce è una possibilità allettante, ma necessita della capacità di implementare circuiti logici a livello del singolo fotone. I fotoni sono privi di carica e non interagiscono direttamente. Quindi per calcoli basati su circuiti ottici lineari, le misurazioni sono associate a risultati probabilistici per implementare interazioni fotone-fotone mediante post-selezione.

Questo approccio da solo non è scalabile a grandi dispositivi, perché per circuiti logici multipli la probabilità di successo scende con le dimensioni del calcolo. Nell’ambito del progetto MEQUIP (Memory-enhanced photonic quantum information processing), finanziato dall’UE, i ricercatori hanno usato memorie perché la luce trasformasse circuiti ottici in un’architettura scalabile per l’informatica quantica.

In particolare, il team di MEQUIP ha sviluppato una serie di strumenti e tecniche che permetteranno di superare l’ostacolo dell’ampliamento. Perché sia possibile l’elaborazione di informazioni quantiche su grande scala, è necessaria una strategia per la multiplazione temporale per selezionare attivamente eventi che hanno avuto successo. Le memorie quantiche costituivano un mezzo efficiente mediante la sincronizzazione attiva.

I ricercatori hanno interfacciato una sorgente di singolo fotone con gigahertz-larghezza di banda annunciati con una memoria Raman a temperatura ambiente. Hanno immagazzinato singoli fotoni e hanno osservato l’influenza delle statistiche di input del fotone sulla luce recuperata, che concordavano con le previsioni teoriche. La conservazione delle statistiche del campo conservato, però, era limitata da un rumore di quattro onde mischiate.

Oltre al loro ruolo nella sincronizzazione, i ricercatori hanno studiato anche le potenzialità per elaborare informazioni direttamente nelle memorie. Hanno analizzato l’interferenza quantica di eccitazioni ottiche e materiali durante il funzionamento della memoria. I progressi fatti nella conoscenza di come le memorie quantiche potrebbero essere usate efficacemente per ampliare routine quantiche probabilistiche apre nuovi campi di ricerca.

I risultati di MEQUIP hanno preparato il terreno per nuovi progetti di collaborazione. Tra cui il progetto QUCHIP, finanziato dall’UE, nel quale l’uso di memorie quantiche sarà studiato più a fondo, e la possibilità di multiplazione spettrale da parte di Networked Quantum Information Technologies (NQIT).

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Keywords

Elaborazione delle informazioni quantiche, memorie quantiche, fotoni, circuiti ottici lineari, MEQUIP