Una ricerca tedesca ci avvicina ancora di più all'informatica quantistica
In seguito a nuove scoperte sulla manipolazione degli atomi, un team di ricercatori finanziati dallUE presso l'Istituto Max Planck di ottica quantistica, in Germania, ha compiuto importanti passi in avanti sulla strada verso l'informatica quantistica su larga scala e la simulazione di sistemi della materia condensata. Le loro scoperte sono presentate in uno studio pubblicato nella rivista Nature. La ricerca è stata supportata dai progetti AQUTE ("Atomic quantum technologies") e NAME-QUAM ("Nanodesigning of atomic and molecular quantum matter"), che sono entrambi finanziati nell'ambito dell'area tematica "Tecnologie dell'informazione e della comunicazione" del Settimo programma quadro (7° PQ). Ulteriori finanziamenti UE sono arrivati da due borse Marie Curie assegnate a membri del team di ricerca. Con l'aiuto di un raggio laser gli scienziati hanno potuto lavorare su singoli atomi in un reticolo di luce e cambiare il loro spin. Essi sono riusciti a esercitare un controllo totale su singoli atomi e a "scrivere" pattern arbitrari bidimensionali. Gli atomi di rubidio raffreddati mediante laser sono stati caricati in un cristallo artificiale di luce, creato mediante sovraimposizione di vari raggi laser. Essi sono stati quindi trattenuti nel reticolo di luce con un metodo che il team paragona a trattenere delle biglie nelle cavità di un cartone per le uova. Il reticolo di luce deforma leggermente l'orbitale di un atomo e produce quindi dei cambiamenti nella differenza energetica tra i suoi due stati di spin. Sfruttando la versatilità degli atomi ultrafreddi nei reticoli ottici, i ricercatori sono riusciti a ottenere un alto livello di controllo nell'esperimento. Gli scienziati hanno dimostrato come un simile controllo può essere attuato al livello più fondamentale di un singolo spin in un punto specifico di un reticolo ottico. Partendo da una disposizione di 16 atomi legati assieme su siti confinanti del reticolo come una collana di perline, gli scienziati hanno studiato cosa accade quando l'altezza del reticolo viene abbassata così tanto da permettere alle particelle di subire il cosiddetto "effetto tunnel" secondo le regole della meccanica quantistica. I risultati mostrano che essi si spostano da un sito del reticolo a un altro, anche se la loro energia non è sufficiente per attraversare la barriera tra i pozzi del reticolo. Mettendo in fila gli atomi lungo una linea essi sono riusciti a osservare direttamente le dinamiche del loro effetto tunnel, in ciò che può essere descritto come una gara tra atomi. "Non appena l'altezza del reticolo ha raggiunto il punto in cui l'effetto tunnel è possibile, le particelle iniziano a correre come se prendessero parte a una corsa di cavalli," ha detto il ricercatore Christof Weitenberg. "Scattando delle fotografie degli atomi nel reticolo in diversi momenti dopo il "segnale di partenza", noi abbiamo potuto osservare direttamente per la prima volta l'effetto tunnel quanto-meccanico di singole particelle massive in un reticolo ottico." Questa ricerca si basa su precedenti lavori portati avanti dal team. Molti mesi fa essi avevano mostrato che ciascun sito del reticolo ottico può essere riempito esattamente con un atomo. Adesso sono riusciti a dedicarsi singolarmente a ciascun atomo nel reticolo e a modificare il suo stato energetico. "Noi abbiamo mostrato che possiamo occuparci individualmente dei singoli atomi. Per fare sì che l'atomo sia adatto come bit quantico, dobbiamo generare sovrapposizioni coerenti dei suoi due stati di spin," spiega il ricercatore Stefan Kuhr. "Un ulteriore passo in avanti è quello di realizzare operazioni logiche elementari tra due atomi selezionati nel reticolo, le cosiddette porte quantiche." Gli obbiettivi generali del progetto AQUTE sono quelli di sviluppare tecnologie quantistiche basate su sistemi atomici, molecolari e ottici (AMO) sia per un calcolatore quantico scalabile che per tecnologie basate sull'entanglement, come la metrologia e il rilevamento. Il progetto spera inoltre di stabilire e sfruttare nuovi collegamenti interdisciplinari provenienti dalla fisica AMO. In modo simile, il progetto NAME-QUAM studia la tecnologia della materia quantica di atomi/molecole ultra-freddi per compiti informatici su informazioni quantiche. Lo scopo del progetto è quello di sviluppare nuove tecniche per l'ingegneria quantica e il controllo quantistico di atomi e molecole ultra-freddi confinati nelle nanostrutture periodiche.Per maggiori informazioni, visitare: Istituto Max Planck di ottica quantistica: http://www.quantum-munich.de
Paesi
Germania