Un laboratorio quantistico "tascabile"

Un chip quantistico a 128 qubit di D-Wave (Credit: D-Wave Systems).

Il primo laboratorio quantistico tascabile, che sfrutta le proprietà ondulatorie e corpuscolari della luce, è frutto di una collaborazione tutta italiana che ha coinvolto il CNR e un team di ricercatori del Politecnico di Milano e della Sapienza di Roma. Questo laboratorio “tascabile” sono descritte in due articoli pubblicati su Nature Photonics Nature Communications

Proprio come avviene nei processori all’interno dei computer, questo chip di vetro di pochi centimetri si serve di un fascio di fotoni per memorizzare e trasportare le informazioni, ma con maggiore efficienza e velocità. Ma in modo molto più veloce ed efficiente. Grazie a una tecnica di scrittura laser i ricercatori hanno progettato un vero e proprio circuito ottico all’interno di un piccolo chip di vetro.

“Questa potente tecnologia consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici interconnessioni, riuscendo a simulare e a prevedere il comportamento di sistemi fisici molto più complessi”, commenta Roberto Osellame, uno degli autori del lavoro e ricercatore al Politecnico di Milano. Nel mini-laboratorio, per emulare le proprietà di svariati tipi di particelle i ricercatori hanno indotto i fotoni, cambiando il contesto sperimentale, a comportarsi come bosoni (la classe a cui effettivamente appartengono) o come fermioni (la classe a cui invece appartengono particelle come elettroni, protoni e neutroni).

“Questo esperimento dà la possibilità di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico. Non un vero e proprio computer, in grado di risolvere ogni tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni particolari, in accordo con l’intuizione di Richard P. Feynman secondo la quale solo un sistema quantistico può simulare il comportamento di un altro sistema quantistico”, precisa Paolo Mantaloni della Sapienza Università di Roma.

I ricercatori si sono spinti oltre. Hanno riprodotto, in un secondo esperimento, il fenomeno della cosiddetta coalescenza bosonica, che avviene quando due o più fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e usano la stessa porta d’uscita del dispositivo: “dispositivi come questo”, conclude Fabio Sciarrino ricercatore a Roma, “potrebbero essere i mattoni elementari di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi”. (Pubblicato originariamente su cyberscienza.it il 4/04/2013).

Papers di riferimento:

(i) Nicolò Spagnolo et aliiThree-photon bosonic coalescence in an integrated tritter, in “Nature Communications”, 1606 (2013) doi:10.1038/ncomms2616

(ii) Andrea Crespi et aliiAnderson localization of entangled photons in an integrated quantum walk, in “Nature Photonics” 7, 322 (2013) doi:10.1038/nphoton.2013.26

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