Un team internazionale di fisici ha scoperto un sistema per connettere dispositivi quantistici in maniera tale da trasportare la correlazione quantistica fra loro.
di The Physics arXiv Blog
Uno dei cavalli di battaglia della tecnologia moderna è l’umile interconnessione. Trattasi, fondamentalmente, di un filo o un insieme di fili che connettono fra loro due parti di un sistema elettronico. Nei normali chip in silicio, l’interconnessione può occupare la maggior parte della superficie di un chip; la velocità e l’efficienza con cui le informazioni riescono a viaggiare lungo queste interconnessioni costituiscono un serio limite alle prestazioni di calcolo.
Non è una sorpresa che fisici e ingegneri stiano creando nuove generazioni di interconnessioni che diventeranno la spina dorsale per macchine del futuro. Una delle forme più promettenti di sistemi di calcolo è il computer quantistico con le varie tecnologie quantistiche associate, quali la comunicazione quantistica, la crittografia quantistica, la metrologia quantistica e via dicendo.
I fisici hanno compiuto grandi sforzi nel realizzare dispositivi dimostrativi che sfruttano le leggi della fisica quantistica per eseguire imprese che sarebbero altrimenti impossibili ricorrendo alle meccaniche classiche. Resta però un problema importante. Questi dispositivi devono operare in isolamento, visto che nessuno ha saputo perfezionare un sistema per connetterli efficacemente fra loro.
La situazione sta ora cambiando grazie al lavoro di Mark Thompson, dell’Università di Bristol, ed alcuni colleghi in giro per il mondo. Questi ricercatori hanno realizzato e testato un’interconnessione quantistica in grado di connettere circuiti integrati fotonici di silicio, trasportare fotoni e, aspetto cruciale, la correlazione quantistica fra loro.
L’interconnessione quantistica è un’idea problematica per via della fragile natura della correlazione, il modo bizzarro in cui le particelle quantistiche condividono la stessa esistenza anche quando separate. Questo stato, infatti, è estremamente fragile – basta uno starnuto per farlo sparire. L’interconnessione quantistica deve quindi preservare la correlazione e trasportarla da un punto a un altro.
Thompson e co sono riusciti a farlo ricorrendo a una fibra ottica e ad un semplice trucco quantistico. I loro chip in silicio presentano due fonti di fotoni che viaggiano lungo canali fotonici che si sovrappongono. Nella regione in cui avviene la sovrapposizione, i fotoni che si incontrano diventano correlati e trasportano questo stato lungo percorsi separati attraverso il dispositivo.
Il ruolo dell’interconnessione quantistica è trasmettere i fotoni ad un altro chip in cui possono conservare la correlazione codificata dal percorso. Come fare, però, a ottenere questo risultato quando l’interconnessione consiste di un solo percorso lungo una fibra? Il trucco perfezionato dai ricercatori sta nella conversione della correlazione in una forma differente che comporta la polarizzazione. Per riuscirvi, Thompson e co consentono ai fotoni legatisi nel percorso di interferire con nuovi fotoni in maniera tale da provocarne la polarizzazione. Questa reazione porta alla correlazione dei nuovi fotoni, i quali passano attraverso la fibra ottica e raggiungono il secondo chip in silicio fotonico.
Il secondo chip inverte il processo. Al suo interno, i fotoni polarizzati e legati vengono riconvertiti nell’altra varietà e procedono all’interno del dispositivo come se fossero arrivati direttamente dal primo chip.
Il team ha sperimentato un dispositivo di dimostrazione del principio e mostrato come la correlazione rimanda stabile. “Abbiamo dimostrato una correlazione quantistica stabile lungo i processi di generazione, manipolazione, interconversione, distribuzione e misurazione, lungo due circuiti fotonici integrati, riuscendo quindi a dimostrare l’interconnessione quantistica fra i chip”, dicono.
Il sistema, ovviamente, non è perfetto. Thompson e co ammettono di dover ridurre le perdite nel macchinario, ma ammettono che questo può essere migliorato i futuro ottimizzando vari aspetti del design.
Nel complesso, il team ha compiuto un importante passo avanti. L’interconnessione quantistica è una tecnologia che dovrebbe permettere a una varietà di nuovi dispositivi quantistici che richiedono sottosistemi quantistici per essere connessi.
Per approfondimenti: uantum Photonic Interconnect
(MO)
