Una nuova svolta nello storage quantistico vede un qubit archiviato per 20 millisecondi

I ricercatori dell’Università di Ginevra (UNIGE) hanno battuto un nuovo record memorizzando un qubit in un cristallo per 20 millisecondi, rivela un comunicato stampa.

Il nuovo record nell’archiviazione quantistica potrebbe aiutare a sviluppare reti di telecomunicazioni quantistiche ultra sicure a lunga distanza.

La fisica quantistica ha consentito tutta una serie di innovazioni, inclusi computer, smartphone e GPS. Il campo sta anche mostrando un grande potenziale aprendo nuove strade di ricerca per l’informatica quantistica e la crittografia, con quest’ultima che potenzialmente consente l’invio di messaggi codificati su reti di comunicazione quantistica.

Un ostacolo si frappone. Dopo aver percorso alcune centinaia di chilometri all’interno di un cavo in fibra ottica, i fotoni che trasportano i qubit (bit quantistici) che memorizzano le informazioni scompaiono, interrompendo la comunicazione.

I ricercatori dell’UNIGE hanno deciso di costruire “ripetitori”, un tipo di “relè” parzialmente basato sulla memoria quantistica. La loro ricerca è pubblicata sulla rivista npj Informazioni quantistiche.

La sovrapposizione – indicata da Albert Einstein come “azione spettrale a distanza” – consentirebbe una comunicazione ultra sicura in quanto avviserebbe un mittente non appena il suo messaggio è stato intercettato e non potrebbe essere copiato senza rompere l’entanglement che consente il messaggio da inviare in primo luogo.

Nel 2015, un team dell’UNIGE guidato da Mikael Afzelius, docente senior presso il Dipartimento di Fisica Applicata, ha memorizzato con successo un qubit trasportato da un fotone per 0,5 millisecondi in un cristallo. Il fotone ha trasferito il suo stato quantico agli atomi del cristallo prima di scomparire. Tuttavia, i risultati hanno mostrato che il fenomeno non è durato abbastanza a lungo per costruire la più ampia rete di cristalli necessaria per costruire una vasta rete di comunicazioni.

“Un record mondiale per la memoria quantistica”

Il nuovo traguardo di 20 millisecondi, tuttavia, potrebbe essere solo la svolta che la squadra di Afzelius stava cercando. “Questo è un record mondiale per un memoria quantistica basato su un sistema a stato solido, in questo caso un cristallo. Siamo anche riusciti a raggiungere la soglia dei 100 millisecondi con una piccola perdita di fedeltà”, ha detto Azfelius.

Per i loro esperimenti, i ricercatori hanno mantenuto i loro cristalli a temperature di -273,15°C per non disturbare l’effetto dell’entanglement.

“Abbiamo applicato un piccolo campo magnetico di un millesimo di Tesla al cristallo e utilizzato metodi di disaccoppiamento dinamico, che consistono nell’invio di intense frequenze radio al cristallo”, ha affermato Antonio Ortu, un borsista post-dottorato presso il Dipartimento di Fisica Applicata di UNIGE.

“L’effetto di queste tecniche è di disaccoppiare gli ioni delle terre rare dalle perturbazioni dell’ambiente e aumentare le prestazioni di archiviazione che abbiamo conosciuto fino ad ora di quasi un fattore 40”, ha aggiunto.

Il risultato di questo esperimento potrebbe consentire lo sviluppo di reti di telecomunicazioni quantistiche a lunga distanza, anche se i ricercatori dovrebbero comunque estendere ulteriormente il tempo di archiviazione. Nel loro articolo, i ricercatori hanno affermato che “l’obiettivo è sviluppare un sistema che funzioni bene su tutti questi punti e che possa essere commercializzato entro dieci anni”.

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