Nuova tecnica laser promette ulteriore passo verso il computer quantistico

Un nuovo sistema di trasmissione a raggi laser utilizzabile nei computer quantistici è stato elaborato grazie alla collaborazione dei ricercatori dell’Università Duke e dell’Università del Wisconsin-Madison.

Descritto dalla rivista Applied Physics Letters, pubblicata dall’Istituto Americano di Fisica, il nuovo sistema somiglia ai proiettori di luce utilizzati ai concerti rock. Ma è molto più piccolo, più veloce, ed è finalizzato al futuro dell’informatica e non all’intrattenimento.

In teoria, i computer quantistici dovrebbero essere in grado di risolvere problemi molto complessi, ma per fare ciò è necessario che gli elementi di base, chiamati qubit, rimangano “impigliati” in uno speciale stato, per un tempo sufficientemente lungo per effettuare i calcoli necessari, e cioè prima che le informazioni si perdano nelle fluttuazioni naturali. Uno dei tanti promettenti approcci dei computer quantistici utilizza una serie di singoli atomi sospesi da forze elettromagnetiche. Impulsi di luce laser manipolano gli stati interni degli atomi che rappresentano i qubit, per effettuare il calcolo. Tuttavia, il laser deve anche essere mirato in modo molto preciso, per evitare che la luce destinata ad un atomo non venga mandato su un atomo vicino.

Il nuovo sistema ha fatto proprio questo. Mimuscoli microspecchi, ognuno grande solo due volte il diametro di un capello umano, puntati su ogni atomo bersaglio per soli 5 microsecondi. Questi microspecchi permettono di raggiungere una velocità circa 1.000 volte superiore a quella dei sofisticati specchi per trasmettere i fasci laser utilizzati per le commutazioni ottiche, per non parlare delle unità ancora più lente utilizzate nei giochi di luce.

I ricercatori hanno anche visto che gli impulsi laser manipolano correttamente le proprietà quantistiche di ogni atomo bersaglio senza “disturbare” gli atomi vicini, seppur separati da soli 8,7 micrometri, che equivalgono circa ad un decimo del diametro di un capello umano. “I nostri esperimenti hanno dimostrato il requisito fondamentale del nostro sistema di microspecchi, ovvero mantenere la qualità del fascio laser necessario per la manipolazione degli stati interni dei singoli atomi”, ha detto Jungsang Kim, capo dei ricercatori che hanno progettato il sistema di microspecchi. Gli esperimenti di fisica atomica sono stati eseguiti dal gruppo Mark Saffma presso l’Università del Wisconsin-Madison.

Il gruppo ha in programma il proseguo della collaborazione, con esperimenti futuri che riguardarenno porte logiche a due qubit, che dovranno essere le strutture di base della logica quantistica, e con atomi limitati in grandi matrici bidimensionali.