Banco di prova in nanoscala dei comportamenti quantistici
Incredibili progressi nei metodi sperimentali e teorici hanno aperto una finestra su un mondo nuovo, il mondo quantistico. Qui, i comportamenti della materia sfidano le descrizioni della meccanica classica e quasi tutto sembra possibile. Tuttavia, quando si tratta di tutte queste interazioni atomiche e subatomiche, il carico computazionale dei problemi a molti corpi può diventare problematico. Gli scienziati hanno creato un allestimento sperimentale, un simulatore quantistico, per contribuire a formare e testare ipotesi quando si tratta di comportamenti di complicati sistemi quantistici. Con il sostegno dell’UE del progetto MOQUASIMS (Memory-enabled optical quantum simulators), i ricercatori all’avanguardia hanno anche costruito e implementato un sistema quantistico per acquisire fotoni volanti e tenerli in eccitazioni atomiche stazionarie. In altre parole, hanno creato le fondamenta del primo simulatore quantistico programmabile in assoluto, predisposto per l’archiviazione a memoria ottica da realizzarsi attraverso l’integrazione dei due. L’allestimento della memoria quantistica archivia la luce a banda larga nei vapori di cesio a temperatura ambiente. Con il funzionamento a temperatura ambiente si ottiene una grande vittoria per la maggior parte delle tecnologie. Tutto ciò che può essere fatto senza tecniche raffreddamento o riscaldamento complicate riduce al minimo la complessità, massimizzando le probabilità di successo. Massimizza inoltre la probabilità di assorbimento successiva perché permette di abbassare i costi di investimento e le difficoltà operative. Le soluzioni ai problemi di rumore osservati attualmente si sono tradotte nella possibilità di archiviare e recuperare i fotoni volanti a banda larga gigahertz in modo programmabile in un ambiente molto silenzioso. In particolare, il sistema è in grado di trasportare in modo affidabile un singolo fotone con un periodo o ciclo di sub-nanosecondi. Successivamente, il team ha creato una rete ottica integrata, un chip fotonico di complessità molto elevata che può simulare una moltitudine di interessanti fenomeni di fisica quantistica. Hanno già utilizzato questo modello semplificato per eseguire una serie di esperimenti quantistici, tra cui la simulazione di un analogo quantistico di un sistema fotosintetico. Il passaggio finale consisterà nell’integrare i due. Ciò dovrebbe consentire esperimenti non possibili in precedenza, e avere un uso pratico come nello sviluppo di comunicazioni sicure incondizionate, calcolo super-veloce o misurazioni molto precise. MOQUASIMS ha offerto un nuovo potente strumento con il potenziale di cambiare il nostro modo di interagire con gli altri e il mondo intorno a noi.
Parole chiave
Quantistica, simulatore quantistico, fotoni, archiviazione con memoria ottica, fisica quantistica
