Una terra rara per le memorie quantistiche

Fonte: Le Scienze30 luglio 2018L'itterbio, un elemento delle cosiddette terrerare, è l'ideale per realizzare memorie quantistichein grado di intrappolare e sincronizzare ad altafrequenza i fotoni che garantiscono una crittografiadelle comunicazioni digitali(red)computer sciencematerialiUna rete di computer che basano il loro funzionamentosulla meccanica quantistica, con una capacità di calcoloinarrivabile per le macchine attuali basate sull'elettronica.E anche impossibili da violare senza distruggerel'informazione stessa.È uno degli obiettivi della computer science, e da oggisembra più vicino, grazie al risultato descritto su "Nature Materials" da ricercatori dell'Universitàdi Ginevra in collaborazione con il CNRS francese.Cuore del risultato è una memoria quantistica a basedell'elemento chimico itterbio, che soddisfa importantirichieste tecniche che erano fuori portata.La crittografia quantistica oggi usa fibre ottiche lunghecentinaia di chilometri, protette da un elevato gradodi sicurezza. Chi volesse infatti copiare o intercettarel'informazione che trasmettono determinerebbe lascomparsa dell'informazione stessa.La volatilità dell'informazione veicolata da questisistemi rende tuttavia anche impossibile amplificareil segnale e propagarlo su distanze ancora più lunghe.Particolare del dispositivo che ha testato la nuovamemoria a base di itterbio.(Cortesia: Unige) Per aggirare il problema, i ricercatoristanno lavorando su memorie quantistiche in grado dicatturare i fotoni che viaggiano attraverso le fibreottiche e di sincronizzarli in modo da poterli diffonderesu distanze sempre più grandi.Ma finora è mancato un materiale giusto per questoscopo."La difficoltà era trovare un materiale in grado di isolare dai disturbi ambientali l'informazione quantisticaveicolata dai fotoni, in modo da tenerli fermi per unsecondo circa e poterli sincronizzare", ha commentatoMikael Afzelius, coautore dello studio."Inoltre, bisogna considerare che i fotoni viaggianoa quasi 300.000 chilometri al secondo".In altre parole, il materiale dovrebbe essere assai benisolato dal contesto e in grado di immagazzinareripetutamente fotoni con un'altissima frequenza.E queste due richieste sono in contrasto tra loro.L'idea dei ricercatori che si occupano di questo campod'indagine è usare qualche membro delle cosiddetteterre rare, un gruppo di 17 elementi.Alcuni test effettuati in passato con elementi comeeuropio e praseodimio però avevano dato risultatinegativi."Così ci siamo rivolti a un elemento che finora avevaricevuto scarsa attenzione: l'itterbio, che ha numeroatomico 70", ha spiegato Nicolas Gisin.Collocando l'itterbio in un campo magnetico concaratteristiche opportune gli autori hanno osservatoche l'atomo di questo elemento diventa insensibileai disturbi ambientali.Ciò lo rende la soluzione ideale per intrappolarei fotoni e sincronizzarli.Gli autori hanno trovato in sostanza un 'puntomagico' variando l'ampiezza e la direzione delcampo magnetico: in corrispondenza di questopunto, il tempo di coerenza dell'itterbio, cioè iltempo medio dopo il quale l'atomo vienedisturbato dall'ambiente circostante, aumentadi oltre 1000 volte, pur lavorando ad altefrequenze.Raggiunto questo risultato, la prospettiva èrealizzare memorie e reti quantistiche a based'itterbio."Questo materiale apre la strada alla possibilitàdi ottenere un network quantistico globale: èda sottolineare quanto sia importante in questotipo di studi portare avanti la ricerca fondamentaleparallelamente a quella applicativa", hannoconcluso i ricercatori.