03 maggio 2013
Dimostrata la possibilità di leggere uno stato quantistico di spin in un singolo atomo con un
approccio ibrido, ovvero sfruttando tecniche ottiche ed elettriche insieme. Questo approccio pone le
basi per realizzare i qubit, i componenti elementari dei futuri computer quantistici, che potranno
essere anche collegati in rete proprio grazie alle tecnologie optoelettroniche, fino a costruire
un’internet quantistica (red)
lescienze.it
Lo stato quantistico di spin di un singolo atomo può essere letto mediante un dispositivo a
funzionamento misto, ottico ed elettrico: lo dimostra uno studio pubblicato su “Nature” da un gruppo
di ricercatori dell’Università del New South Wales, dell’Australian National University e
dell’Università di Melbourne. Il risultato è considerato un passo in avanti importante per la
realizzazione dei qubit, i bit d’informazione quantistica che rappresentano i componenti elementari
per la futura realizzazione dei computer quantistici.
Negli ultimi anni sono stati proposti diversi sistemi fisici per codificare un qubit, e molti di
questi sfruttano lo stato di spin di atomi o particelle elementari. Lo spin è una proprietà ideale
perché può avere non solo in due orientazioni su e giù, in corrispondenza de due valori 0 e
1 dellinformazione binaria, ma anche in una sovrapposizione delle due, estendendo enormemente le
potenzialità del calcolo.
Chiaramente le difficoltà pratiche per interagire con una singola particella sono enormi e negli
ultimi anni sono stati proposti diversi metodi fisici per scrivere e leggere l’informazione nel
qubit, tutti di natura elettrica oppure ottica. Mai una tecnica del passato aveva combinato queste
due possibilità.
Nella ricerca pubblicata su “Nature”, Chunming Yin, dell’Università del New South Wales, e colleghi
hanno utilizzato un wafer di silicio drogato con erbio. Con un fascio laser di frequenza opportuna,
hanno poi “illuminato” un singolo atomo di erbio posto all’interno di un particolare tipo di
transistor al silicio estremamente sensibile, un transistor a singolo elettrone (SET), mantenuto a
temperature criogeniche durante la sperimentazione. In questo tipo di transistor, è sufficiente un
solo elettrone per chiudere il circuito, e passare così dallo stato di isolante a quello di
conduttore.
Quando assorbe la radiazione, l’atomo di erbio viene eccitato oppure ionizzato, in funzione del suo
stato di spin. Se viene ionizzato, l’elettrone perso va a chiudere il circuito del SET, che così
funziona da microrivelatore elettronico dello stato di spin dell’atomo di erbio e quindi
indirettamente anche dell’informazione binaria che questo stato codifica.
Grazie allintegrazione dei tre componenti il transistor in silicio, il laser e lerbio il
sistema apre la strada, sul lungo termine, non solo alla costruzione dei computer quantistici ma
anche al loro collegamento in rete, in quella che viene già chiamata un’internet quantistica.
L’erbio è uno degli elementi più promettenti nelle ricerche di fotonica, dal momento che la
transizione energetica dei suoi elettroni è nello spettro ottico, in corrispondenza di 1540
nanometri, all’interno dell’intervallo di frequenze molto utilizzate nelle telecomunicazioni.
Usare la luce per trasferire le informazioni negli stati quantistici è più facile che usare
l’elettricità: in prospettiva, ciò consentirà di arrivare a comunicazioni quantistiche su lunghe
distanze, spiega Yin. L’internet quantistica permetterà d’integrare i computer quantistici
distanti tra loro e garantirà anche le comunicazioni criptate in modo virtualmente inviolabile.
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