Ricercatori aprono una nuova strada nell'entanglement quantistico remoto
Ricercatori europei hanno aperto una nuova strada nel campo dell'entanglement quantistico meccanico di sistemi quantistici remoti. Il team dell'Istituto Max Plank di ottica quantistica in Germania è riuscito a dimostrare come due sistemi quantistici atomici remoti si possono preparare in uno stato di entanglement condiviso. Questo significa che un sistema è un atomo singolo intrappolato in un risonatore ottico mentre l'altro è un condensato di Bose-Einstein (BEC) che consiste in centinaia di migliaia di atomi ultrafreddi. Uno sviluppo sostanziale nel campo delle reti quantistiche è stato raggiunto grazie al sistema ibrido di due nodi stazionari remoti e imbrigliati che il team ha generato come parte dello studio, che ha ricevuto un contributo di 5,3 milioni di euro come parte del progetto AQUTE ("Atomic quantum technologies") finanziato nell'ambito del tema "Tecnologie dell'informazione e della comunicazione" del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE. È stato Albert Einstein a definire il fenomeno quantistico meccanico dell'entanglement "azione fantasma a distanza" a causa delle sue strane conseguenze. I fisici provano da anni a sviluppare concetti che potrebbero usare questo fenomeno per fini pratici come la trasmissione dei dati sicura, dove l'entanglement generato in un processo locale deve essere distribuito lungo sistemi quantistici remoti. Inoltre, tali reti possono aiutare lo sviluppo di un computer quantistico universale nel quale i bit quantici possono essere scambiati con fotoni tra nodi designati per la memorizzazione e l'elaborazione dei dati. Nel fenomeno quantistico meccanico dell'entanglement, due sistemi quantistici sono riuniti in modo che le loro proprietà diventano strettamente correlate, il che richiede che le particelle siano a stretto contatto. Per molte applicazioni in una rete quantistica però è necessario che l'entanglement sia condiviso tra due nodi remoti chiamati bit quantistici stazionari. Un modo per ottenere ciò è usare fotoni o bit quantistici "volanti" per trasportare l'entanglemet. Per molti versi è simile alla telecomunicazione classica dove la luce viene usata per trasmettere le informazioni tra computer o telefoni. Nel caso di una rete quantistica, però, questo compito è molto più difficile visto che gli stati di entanglement quantistico sono estremamente fragili e possono sopravvivere solo se le particelle sono ben isolate dal loro ambiente. Il team tedesco che ha lavorato a questo studio ha portato le cose avanti preparando due sistemi atomici quantistici situati in due diversi laboratori in uno stato di entanglement. Questo si può vedere da una parte come un singolo atomo di rubidio intrappolato dentro un risonatore ottico formato da due specchi altamente riflettenti e dall'altra parte un insieme di centinaia di migliaia di atomi di rubidio ultra freddi che formano un BEC. In un BEC, tutte le particelle hanno le stesse proprietà quantistiche così che si comportano tutte come un singolo "superatomo". "Il BEC è stato studiato approfonditamente come memoria quantistica perché questo stato esotico non soffre di alcun disturbo causato dal movimento termico," spiega Matthias Lettner, uno degli autori dello studio. "Questo rende possibile memorizzare e recuperare informazioni quantiche con un'alta efficienza e mantenere questo stato per un lungo periodo. Lo scambio di informazioni quantistiche tra fotoni e sistemi atomici quantistici richiede una forte interazione luce-materia. Per il singolo atomo, otteniamo questo attraverso riflessioni multiple tra due risonatori a specchio, dove per il BEC l'interazione luce-materia è potenziata dal gran numero di atomi." Gli obiettivi generali del progetto AQUTE consistono nello sviluppo di tecnologie quantistiche basate su sistemi atomici, molecolari e ottici (AMO) per una computazione quantistica scalabile e tecnologie abilitate per l'entanglement come la metrologia e il rilevamento. Inoltre, il progetto spera di stabilire e sfruttare nuove connessioni interdisciplinari, provenienti dalla fisica degli AMO, ma che includano anche concetti e impostazioni sperimentali di sistemi di stati solidi, in modo da rafforzare i legami interdisciplinari ai confini dell'informatica quantistica e altri campi della fisica o della scienza in generale e per ottenere nuovi sistemi ibridi che accoppino in modo coerente gradi di libertà quantistica fisicamente diversi.Per maggiori informazioni, visitare: Istituto Max Planck di ottica quantistica: http://www.mpq.mpg.de/cms/mpq/en/index.html
Paesi
Germania