La capacità di modificare la luce a livello di singolo fotone in un dispositivo integrato è un requisito fondamentale per sviluppare la nuova genera
La capacità di modificare la luce a livello di singolo fotone in un dispositivo integrato è un requisito fondamentale per sviluppare la nuova generazione di reti quantistiche
Grazie ad una collaborazione tra i gruppi di ricerca guidati da Shane Eaton dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifn) di Milano e da Alexander Kubanek dell’Università di Ulm, è stato sviluppato un metodo di fabbricazione innovativo ed ibrido per realizzare circuiti fotonici utilizzando il diamante: un passo essenziale per sviluppare bit quantistici (qubit), l’elemento base dell’informazione quantistica. Le reti quantistiche si basano su sistemi connessi l’uno all’altro per il trasferimento di informazioni, sfruttando proprietà quanto-meccaniche come l’entanglement e la sovrapposizione di stati. La capacità di modificare la luce a livello di singolo fotone in un dispositivo integrato è un requisito fondamentale per sviluppare la nuova generazione di reti quantistiche: questo consentirà di realizzare computer avanzati per risolvere sempre più rapidamente alcuni problemi complessi, ma anche di utilizzare canali di comunicazione sicuri per trasferire informazioni criptate.
“Nel diamante sono presenti, e possono essere opportunamente ingegnerizzati, dei difetti reticolari in grado di essere utilizzati come qubit”, spiega Shane Eaton ricercatore del Cnr-Ifn. “Si tratta dei centri di colore, posizioni reticolari dove è presente un’impurezza e manca un atomo di carbonio, e nei quali è possibile codificare, controllare e manipolare l’informazione quantistica sotto forma di qubit. Tale particolare morfologia -e la presenza di questi difetti – rende il diamante un candidato promettente per le tecnologie quantistiche”. Il team italiano, insieme a colleghi dell’Università di Ulm, ha dimostrato che è possibile collocare con precisione qubit basati su centri silicio-vacanza all’interno di circuiti fotonici formati mediante laser in diamante.“Tali risultati nascono dalla prima dimostrazione (Eaton, Nature Scientific Reports, 2016) che i laser a femtosecondi – ossia laser che emettono impulsi brevissimi e ravvicinati, essendo un femtosecondo un milionesimo di miliardesimo di secondo- possono creare nel diamante connessioni fotoniche, che sono i mattoncini fondamentali necessari per il calcolo quantistico”, spiega Eaton. “Un altro ingrediente fondamentale è, poi, quello di realizzare qubit: con questa nuova tecnica abbiamo sviluppato un chip integrato in diamante, in grado di ingegnerizzare la luce a livello di singolo fotone. Il prossimo passo sarà fabbricare un circuito fotonico tridimensionale per rendere possibili sistemi per il calcolo quantistico di prossima generazione in diamante, tali da consentire l’elaborazione di una quantità notevole di dati contemporaneamente, con estrema velocità”, precisa il ricercatore.
