Un salto di qualità per la misurazione ultraprecisa e la codifica delle informazioni
L’informatica quantistica (Quantum Information Science, QIS) è molto promettente per una migliore metrologia e anche per vari sistemi delle tecnologie dell’informazione e della comunicazione (TIC). Tuttavia, il livello di controllo sugli stati quantici necessario per rendere questo approccio superiore alle tecniche convenzionali rende la realizzazione del potenziale di questa tecnologia particolarmente ardua. I cosiddetti “stati squeezed in sistemi a variabile continua” sono stati proposti come un approccio che potrebbe portare alla riuscita di un migliore controllo degli stati quantici, in parte poiché si pensa che questi sistemi siano scalabili. Il progetto QCUMBER (Quantum Controlled Ultrafast Multimode Entanglement and Measurement), finanziato dall’UE, ha esaminato l’utilizzo di questi stati squeezed, o stati multifotone, in differenti modalità temporali basate su dispositivi ottici integrati. In un articolo recentemente pubblicato nella rivista “Philosophical Transactions A” della Royal Society, i ricercatori perlustrano gli attuali limiti dello squeezing della guida d’onda e i limiti della perdita nel processo di conversione. Accoppiare degli stati squeezed Gli autori dell’articolo fanno notare che negli ultimi decenni sono stati compiuti dei notevoli progressi riguardo a guide d’onda a bassa perdita, rilevatori molto efficienti del numero di fotoni e processi non lineari. Inoltre, grazie al successo del processo ottico non lineare conosciuto come “conversione artificiale della somma di frequenze”, è adesso realizzabile il funzionamento su modalità a banda larga temporali casuali. Questo amplia il livello spettrale di libertà per la codifica delle informazioni, spesso nelle modalità temporali di un singolo fotone. QCUMBER ha esaminato la prospettiva di combinare, in un sistema a guida d’onda, sia lo squeezing che la conversione di frequenza selettiva della modalità. Creando una corrispondenza tra i Quantum Pulse Gates (QPG – circuiti quantici di base) e reti spaziali, essi hanno consentito una visualizzazione del processo per accoppiare stati squeezed o per costruire complessi stati multimodali a variabile continua. Osservando lo squeezing ottenibile in una guida d’onda KTP a singolo passaggio e singola modalità, il team ha scoperto che lo squeezing era possibile fino a 20 decibel, ma il comportamento complicato del processo portava a una notevole degradazione, limitando l’efficienza di conversione a meno del 90 %. Tuttavia, essi fanno notare che questo risultato è comunque promettente per il futuro della tecnologia. Essi proseguono affermando che per applicazioni in cui una bassa efficienza di conversione è sufficiente, questo non rappresenta un problema e l’accoppiamento di fase può essere effettuato usando un semplice modello senza bisogno di potenza di pompaggio. Nel dominio spettrale, il team ha inoltre ottenuto l’accoppiamento in una struttura a pettine di frequenze a onda continua fino a 60 modalità temporali e circa 10 modalità in un sistema ultra veloce pulsato. Essi riferiscono che non appena lo squeezing è in grado di raggiungere determinate soglie, la correzione dell’errore per l’informatica quantistica diventa possibile, e questo farà progredire la scienza. Sfruttare scale temporali estreme e ampi spettri Gli impulsi di luce ultra veloci offrono delle opportunità per comprendere meglio le sottostanti dinamiche del sistema su scale temporali di durata molto breve. Lo sfruttamento degli attributi quantici della luce ha fatto progredire le conoscenze di fisica fondamentale acquisite mediante la sperimentazione ed è stato fondamentale per il progresso nella comunicazione quantistica e nella metrologia quantistica. Infatti, una metrologia di alta precisione è stata resa possibile mediante lo sfruttamento dell’ampia struttura a pettine di frequenze che treni di impulsi di luce ultra veloci creano. QCUMBER è stato creato per esaminare ulteriormente le opportunità che ci potrebbero essere nell’ambito del rapporto tra proprietà quantistiche della luce su scale temporali estreme e su spettri estremamente ampi. Lo sfruttamento della struttura di impulsi quantistici ultra veloci renderà possibili misurazioni tempo-frequenza ancora più precise e introdurrà innovazioni per l’elaborazione quantica scalabile delle informazioni. Per ulteriori informazioni, consultare: Sito web del progetto
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Regno Unito