Reti quantistiche: circuiti fotonici a base di diamanti per quelle del futuro

Author: Wired

I processori e le reti quantistiche del futuro, forse, potranno essere fatti di diamante. Una sostanza che, oltre alla nota durezza da record, possiede anche altre proprietà che la rendono particolarmente interessante per la realizzazione di circuiti fotonici, il che apre la strada nuovi e migliori sistemi di calcolo quantistico. A dimostrarlo uno studio appena pubblicato sulla rivista Acs Photonics da parte di un’équipe di ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn) del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr) e dell’Università di Ulm in Germania: gli scienziati sono riusciti a sviluppare un metodo di fabbricazione innovativo e ibrido per realizzare circuiti fotonici utilizzando il diamante: un passo essenziale, dicono, per sviluppare bit quantistici, o qubit, l’unità di informazione essenziale di un processore quantistico. 

Perché i diamanti

“Nel diamante – spiega Shane Eaton, ricercatore del Cnr-Ifn e co-autore del lavoro – sono presenti, e possono essere opportunamente ingegnerizzati, dei difetti reticolari in grado di essere utilizzati come qubit. Si tratta dei cosiddetti centri di colore, posizioni reticolari dove è presente un’impurezza e manda un atomo di carbonio, e nei quali è possibile codificare, controllare e manipolare l’informazione quantistica sotto forma di qubit. Tale particolare morfologia, e la presenza di questi difetti, rende il diamante un candidato promettente per le tecnologie quantistiche”. 

Per riuscire a “scrivere” sul diamante, trasformando le sue impurità in bit quantistici, gli scienziati si sono serviti di un laser a femtosecondi, in grado di emettere impulsi di luce brevissimi e molto ravvicinati (un femtosecondo corrisponde a un milionesimo di miliardesimo di secondo), che colpendo il diamante vi creano delle connessioni fotoniche, i “mattoncini” fondamentali al calcolo quantistico: la fattibilità della cosa era già stata dimostrata in uno studio precedente, condotto dallo steso gruppo nel 2016 e pubblicato sulla rivista Nature Scientific Reports. Ora, però, hanno fatto un passo avanti: “Un altro ingrediente fondamentale – continua Eaton – è quello di realizzare i qubit: con questa nuova tecnica abbiamo sviluppato un chip integrato in diamante, in grado di ingegnerizzare la luce a livello dei singoli fotoni”.

Uno step ulteriore

Ora è il momento di passare alla fase successiva, ossia di inserire questi chip in un circuito tridimensionale. Quando i ricercatori ci riusciranno potremo dire di essere davvero più vicini all’implementazione di questa tecnologia in un computer quantistico: “Il prossimo passo – conclude lo scienziato – sarà quello di fabbricare un circuito fotonico tridimensionale per rendere possibili sistemi per il calcolo quantistico di prossima generazione in diamante, tali da consentire l’elaborazione di una quantità notevole di dati contemporaneamente e con estrema velocità”. Da utilizzare, per esempio, per risolvere sempre più rapidamente problemi complessi o per mettere a punto canali di comunicazione sicuri per trasferire informazioni criptate, una delle più promettenti peculiarità delle reti quantistiche.