Un passo significativo verso un’Internet quantistica funzionale è stato compiuto con lo sviluppo di un nuovo qubit molecolare in grado di trasmettere informazioni quantistiche sulle reti in fibra ottica esistenti. I ricercatori hanno progettato un qubit basato sull’erbio, elemento delle terre rare, sfruttando le sue proprietà ottiche e magnetiche uniche per colmare il divario tra il calcolo quantistico e l’infrastruttura di telecomunicazioni convenzionale.
La sfida della trasmissione dei dati quantistici
Le attuali limitazioni nella comunicazione quantistica derivano dalla fragilità dei qubit e dalla difficoltà di trasmettere i loro delicati stati quantistici su lunghe distanze. A differenza dei bit classici, che sono stabili come 1 o 0 binari, i qubit esistono in una sovrapposizione di stati, rappresentando simultaneamente più valori. Questa proprietà, sebbene potente per il calcolo, li rende suscettibili alla decoerenza, o alla perdita di informazioni quantistiche, durante la trasmissione.
Per superare questo problema, gli scienziati hanno esplorato diverse tecnologie qubit, inclusi circuiti superconduttori, ioni intrappolati e fotoni. Il nuovo qubit basato sull’erbio introduce un approccio ibrido che combina la stabilità dei qubit con spin con le capacità di trasmissione dei qubit fotonici.
Erbio: un versatile elemento quantistico
Il qubit di nuova concezione sfrutta la capacità dell’atomo di erbio di immagazzinare magneticamente informazioni quantistiche mentre vengono lette otticamente. Questa doppia funzionalità è cruciale: lo spin magnetico codifica il valore del qubit, mentre le proprietà ottiche consentono la lettura utilizzando tecniche spettroscopiche standard. Il vantaggio dell’utilizzo dell’erbio è la sua compatibilità con le lunghezze d’onda delle telecomunicazioni – le frequenze standard utilizzate nelle reti in fibra ottica.
“Queste molecole possono fungere da ponte su scala nanometrica tra il mondo del magnetismo e il mondo dell’ottica”, spiega Leah Weiss, co-autrice dello studio. “Le informazioni potrebbero essere codificate nello stato magnetico di una molecola e quindi accessibili con la luce a lunghezze d’onda compatibili con tecnologie ben sviluppate alla base delle reti di fibre ottiche e dei circuiti fotonici in silicio”.
Scalare le reti quantistiche
La capacità di operare alle lunghezze d’onda delle telecomunicazioni risolve due problemi chiave: perdita minima di segnale su lunghe distanze e integrazione perfetta con i chip di silicio. Il silicio è trasparente a queste frequenze, consentendo ai segnali ottici di passare senza essere assorbiti. Ciò significa che i dati quantistici possono essere incorporati nell’hardware esistente, aprendo la strada a dispositivi più piccoli e compatti.
La struttura molecolare del qubit, che è circa 100.000 volte più piccola di un capello umano, consente inoltre un controllo preciso e una scalabilità. I ricercatori possono mettere a punto le proprietà del qubit tramite la chimica sintetica, rendendolo adattabile ai dispositivi a stato solido e persino agli ambienti biologici.
Implicazioni future
Questa svolta rappresenta un importante progresso nel networking quantistico. La capacità di integrare la tecnologia quantistica direttamente nelle infrastrutture esistenti potrebbe accelerare lo sviluppo di collegamenti di comunicazione ultrasicuri e di reti di computer quantistici a lunga distanza.
Come afferma David Awschalom, ricercatore principale dello studio: “Dimostrando la versatilità di questi qubit molecolari di erbio, stiamo facendo un altro passo verso reti quantistiche scalabili che possono collegarsi direttamente all’infrastruttura ottica di oggi”.
Lo sviluppo di questo nuovo qubit avvicina alla realtà il sogno di un’Internet quantistica perfettamente funzionante, promettendo un futuro in cui la comunicazione quantistica sicura a lunga distanza non è più teorica ma una capacità pratica.
