Fonte: Le Scienze02 novembre 2018L'imperfezione che rende affidabili i qubit
Un progresso fondamentale verso i computerquantistici è stato ottenuto usando fibre ottichenanoscopiche in silicio organizzate in un reticoloin cui l'uniformità dello schema viene alteratada un'imperfezione, che rende più stabile lacorrelazione tra fotoni che codificano l'informazionebinaria quantistica, i qubit(red)
fisicacomputer scienceFotoni che viaggiano attraverso un reticoloimperfetto di fibre ottiche di dimensioni nano-scopiche possono essere utilizzati per realizzareunità affidabili per la costruzione dei futuricomputer quantistici.Lo dimostra
un nuovo studio pubblicato su "Science" da ricercatori dell'Università di Sidney, in Australia,guidati da Andrea Blanco-Redondo, incollaborazione con colleghi dell'Università di Haifa,in Israele, e di Oxford, nel Regno Unito.La transizione dai computer elettronici aquelli quantistici è basata su una trasformazionefondamentale nella modalità di codifica dei bit,le unità d'informazione binaria, che possonoassumere due soli valori, indicati convenzional-mente come 0 e 1.I progressi degli ultimi decenni nella manipolazionedi oggetti del mondo microscopico, dominatodalle leggi della meccanica quantistica, hannoaperto la strada a un nuovo modo di gestirel'informazione, in cui a codificarla sono gli statidi un microsistema, per esempio di elettroni odi atomi ionizzati.La differenza è che non sono possibili soloalcuni stati fondamentali, ma anche una lorosovrapposizione quantistica.Passare dal bit al qubit, il bit quantistico, consentequindi di avere non solo 0 e 1, ma anche unnumero virtualmente infinito di loro combinazioni,ampliando enormemente le capacità di calcolo diuna macchina basata su queste unità di base.Un elettrone, per esempio, può avere due statidi spin, su e giù, ma anche una combinazionedi questi stati, e quindi parrebbe uno dei sistemipiù naturali per codificare un qubit.E in effetti non sono mancate le sperimentazioniin questo senso.Fin da subito però si è capito che uno dei problemifondamentali per arrivare a un sistema di calcoloautomatico basato su elettroni o su atomi ionizzatiè che vengono facilmente influenzati dall'ambientecircostante, per esempio dalle interferenzeelettromagnetiche o dalla temperatura.Un'opzione valida per aggirare questo ostacoloconsiste nell'utilizzare fotoni, i quanti di luce,al posto degli elettroni e degli ioni.La comunicazione tra diversi fotoni è poi garantitada una peculiare correlazione quantistica notacome entanglement, in cui due particelle stabiliscono una correlazione quantistica che si mantieneanche quando fra di esse viene frapposta unadistanza arbitraria.Quando si esegue una misurazione dello statodi una particella, questo stato "precipita" assumendoun valore ben definito.E questa operazione fa collassare su un valoredefinito anche la particella trasportata lontano,in modo istantaneo, anche se in effetti non c'èstato un scambio di informazione tra le due. Anche i qubit fotonici hanno però importantilimitazioni, perché l'entanglement può veniremeno per vari fenomeni diffusivi incontrati daifotoni nel loro tragitto.Blanco-Redondo e colleghi hanno cercato dirisolvere questi limiti con guide d'onda, in cuipassano i fotoni, formate da nanocavi si siliciocon un diametro di soli 500 nanomentri(miliardesimi di metro) allineati lungo camminiappaiati secondo uno schema a reticolo uniformea cui però viene aggiunto un difetto.Rompendo questa uniformità di reticolo, si riescea imporre ai fotoni modalità di appaiamentoparticolari, note come modi di bordo (edge modes).Questi modi permettono di trasportare l'informazionecon un grado di affidabilità inarrivabile per unreticolo uniforme, e così di proteggere i qubit.