I ricercatori dell’INRS hanno recentemente sviluppato una griglia fotonica sintetica che ha la capacità di generare e manipolare stati quantistici della luce. Questo importante progresso apre la strada a molteplici sviluppi nelle applicazioni che spaziano dal calcolo quantistico ai protocolli di comunicazione quantistica sicura.
Lo studio, condotto in collaborazione con team provenienti da Germania, Italia e Giappone e co-diretto dal Professor Roberto Morandotti dell’Institut national de la recherche scientifique (INRS), introduce soluzioni innovative che potrebbero portare allo sviluppo di un sistema per l’elaborazione di informazioni quantistiche in modo semplice ma potente.
Il lavoro dei ricercatori, appena pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Photonics, presenta un metodo rivoluzionario per manipolare gli stati fotonicidella luce in un modo mai visto prima, offrendo un maggiore controllo sull’evoluzione della propagazione dei fotoni. Questo controllo consente di migliorare la rilevazione e il numero di coincidenze dei fotoni, nonché l’efficienza complessiva del sistema.
Al centro degli esperimenti condotti dal team di ricerca si trova il concetto di passeggiate quantistiche, che ha giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo del campo del calcolo quantistico negli ultimi vent’anni. Secondo il Professor Roberto Morandotti, il cui laboratorio è situato presso il Centro di Ricerca INRS Énergie Matériaux Télécommunications, le passeggiate quantistiche sono note per aumentare la velocità e la complessità degli algoritmi informatici.
Recentemente, la comunità scientifica ha introdotto un nuovo concetto: le reti fotoniche sintetiche. Stefania Sciara, una dottoranda nel team di Roberto Morandotti e co-autrice dello studio, spiega che questo lavoro permette di sfruttare le dimensioni fotoniche sintetiche per esplorare fenomeni quantistici fondamentali e applicarli alle tecnologie quantistiche.
La griglia fotonica sintetica sviluppata dai ricercatori era già nota per il suo potenziale nel simulare effetti come la simmetria tempo-parità, la superfluidità della luce e le strutture topologiche, ma utilizzando tecnologie convenzionali. Tuttavia, una griglia fotonica sintetica in grado di gestire stati quantistici non era mai stata dimostrata fino a questo studio.
Il Professor Morandotti e il suo team hanno scoperto una griglia fotonica sintetica temporale che può generare e manipolare stati quantistici della luce (fotoni) utilizzando il concetto di passeggiate quantistiche in semplici sistemi a fibra. Questo approccio innovativo si basa su passeggiate quantistiche di fotoni ad alta dimensionalità intrecciati nei loro stati temporali.
Il sistema sviluppato non richiede molte risorse in quanto è composto da dispositivi a fibra, compatibili con le infrastrutture standard delle telecomunicazioni. Questo progresso apre la strada all’utilizzo di griglie fotoniche sintetizzate semplificate dall’uso di passeggiate quantistiche per l’elaborazione di informazioni quantistiche.
Secondo il Professor Morandotti, questo approccio è senza precedenti poiché consente un migliore controllo dell’evoluzione delle passeggiate quantistiche nel dominio temporale e rende possibile la manipolazione simultanea della luce classica e dei fotoni intrecciati. Questa scoperta ha il potenziale di rivoluzionare diversi campi della fisica fondamentale legati all’elaborazione di informazioni quantistiche, come il calcolo quantistico, la metrologia quantistica e le comunicazioni quantistiche sicure.
Stefania Sciara sottolinea che il sistema sviluppato si basa interamente su dispositivi a fibra ottica utilizzati nel settore delle telecomunicazioni e può essere integrato con le infrastrutture attuali e future delle telecomunicazioni. Questa scoperta dimostra che è possibile realizzare sistemi quantistici ad alte prestazioni utilizzando dispositivi, tecniche e infrastrutture già esistenti.
Infine, la ricerca è stata finanziata dal Consiglio di Ricerca delle Scienze Naturali e Ingegneria del Canada (NSERC) e dal Fonds de recherche du Québec (FRQ).
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