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Missione impossibile? Fermare la luce per piccolissime frazioni di secondo

Un gruppo di scienziati è in grado di fermare i singoli fotoni e di rilasciarli premendo un semplice pulsante. La loro tecnica potrebbe essere impiegata in varie applicazioni, quali una comunicazione a prova di errore.

Ricerca di base

L’abilità di fermare la luce e di sfruttare la sua incredibile velocità potrebbe essere la chiave per sviluppare computer quantici super potenti, connetterli a reti quantiche ad alta velocità e a elevata capacità e sviluppare sensori più precisi e una comunicazione a prova di errore. Ma è possibile fermare la luce, la cosa più veloce dell’universo? Un gruppo di scienziati sostenuti dal progetto LIMQUET, finanziato dall’UE, ha fermato la luce per piccolissime frazioni di secondo e l’ha rilasciata premendo un semplice pulsante. Gli scienziati sono persino riusciti a fermare le singole particelle di luce, o fotoni, «che vengono impiegate nella tecnologia quantica come vettori di informazione», come osservato in un articolo apparso sul sito web del politecnico di Darmstadt, partner del progetto LIMQUET. La luce è vista come un intrigante candidato per il calcolo quantico, poiché è in grado di trasferire rapidamente dati tra due punti lungo reti di fibra ottica. Dal momento che i fotoni interagiscono debolmente con l’ambiente esterno, l’informazione trasmessa si mantiene intatta. Tuttavia, per sfruttare il potenziale della luce, gli scienziati devono creare una forte interazione tra i fotoni, cosa che non avviene naturalmente. Si legge nell’articolo: «Nei computer quantici del futuro, i fotoni dovranno ad esempio trasferire agli atomi le informazioni che contengono, e viceversa. Anche per questo, l’interazione tra i due tipi di particelle deve essere intensificata. Ciò è stato reso possibile dai fotoni fermati dal gruppo del politecnico di Darmstadt». Come spiegato nello stesso articolo, i ricercatori impiegano «una speciale fibra di vetro dotata di un canale centrale cavo dal diametro inferiore a dieci millesimi di millimetro. La fibra ha una struttura porosa intorno al suo nucleo centrale, la quale non assorbe la luce, motivo per cui il raggio laser si concentra al centro del canale cavo. La sua sezione trasversale si restringe sino a circa un millesimo di millimetro». L’articolo aggiunge che il gruppo impiega «il raggio laser come una specie di trappola per gli atomi, introducendo atomi di rubidio nella fibra cava, che si concentrano al centro del raggio laser a causa delle forze elettromagnetiche. Successivamente, i ricercatori inviano i fotoni che vogliono fermare all’interno del canale». Il fotone si ferma completamente grazie a due raggi laser aggiuntivi «che vengono guidati su entrambi i lati all’interno della fibra cava».

Elaborazione di informazioni quantiche

I ricercatori hanno recentemente pubblicato le loro scoperte nella rivista «Optics Express» e affermano: «Una necessità fondamentale per l’elaborazione di informazioni quantiche è una piattaforma sperimentale che agisca a livello dei singoli quanti e che fornisca un forte accoppiamento luce-materia. Nel nostro lavoro dimostriamo che le fibre a banda fotonica proibita con nucleo cavo e riempite di atomi raffreddati via laser potrebbero fungere da piattaforma di questo tipo, nonostante le loro tipiche complesse proprietà di birifrazione. A questo scopo, presentiamo un dettagliato studio teorico e sperimentale per identificare una fibra con proprietà adatte a ottenere un funzionamento a livello del singolo fotone». Il progetto LIMQUET (Light-Matter Interfaces for Quantum Enhanced Technology) attualmente in corso forma giovani ricercatori di alto livello, all’interno di una rete di partner universitari e industriali provenienti da Bulgaria, Francia, Germania, Svizzera e Regno Unito. Il progetto si concentra sullo «sviluppo di tecniche innovative per l’interfaccia di luce e materia a livello quantico, impiegando atomi, nanostrutture e fotoni, con applicazioni in campo ottico e nell’elaborazione di informazioni quantiche», come osservato nel sito web del progetto. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto LIMQUET

Parole chiave

LIMQUET, calcolo quantico, fotone, elaborazione di informazioni quantiche, ottica

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