Per le reti quantistiche di domani si guarda al diamante

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto di fotonica e nanotecnologie del CNR (Cnr-Ifn), assieme con l’Università di Ulm in Germania, ha individuato un nuovo metodo per impiantare qubit (bit quantistici) all’interno di circuiti di luce. Come? Con il diamante. 

I bit quantistici sono l’elemento base dell’informazione quantistica. Le reti quantistiche di basano su sistemi connessi l’uno all’altro per il sistema di informazioni sfruttando proprietà quanto-meccaniche. La capacità di modificare la luce a livello di singolo fotone, capacità molto forte nel diamante, in un dispositivo integrato è un requisito fondamentale per sviluppare la nuova generazione di reti quantistiche.

Spiega Shane Eaton, ricercatore del Cnr-Ifn, che «Nel diamante sono presenti, e possono essere opportunamente ingegnerizzati, dei difetti reticolari in grado di essere utilizzati come qubit. Si tratta dei centri di colore, posizioni reticolari dove è presente un’impurezza e manca 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 scrivere sul diamante, i ricercatori hanno utilizzato un laser in grado di emettere impulsi ad intervalli di circa un milionesimo di miliardesimo di secondo. Grazie ad esso, sono stati in grado di collocare qubit all’interno di circuiti fotonici, generando nel diamante delle connessioni fotoniche, ovvero “i mattoncini fondamentali necessari per il calcolo quantistico”.

Che ciò fosse possibile, era già stato provato nel 2016 e pubblicato nello studio Diamond photonics platform enabled by femtosecond laser writing, ma la grande novità di quest’ultima scoperta è nell’aver trovato il modo di produrre bit quantistici: “Un altro ingrediente fondamentale è, poi, quello di realizzare qubit: con questa nuova tecnica abbiamo sviluppato un chip integrato in diamante, in grado di ingegnerizzare la luce a livello di singolo fotone”.

Ricordano dal CNR che, l’importanza di queste scoperte nel settore delle teorie quantistiche è comprovata dall’assegnazione del Premio Nobel per la Fisica del 2022 ai tre ricercatori, Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger. Premiati proprio, si legge nel comunicato stampa, “per i pionieristici esperimenti quantistici nella scienza dell’informazione”. Un premio che “riflette l’importanza delle tecnologie emergenti come i computer quantistici e la comunicazione quantistica”.

Con questa scoperta sarà possibile realizzare una nuova generazione di tecnologie quantistiche: i computer del futuro, molto più veloci e molto più sicuri, tali da consentire l’elaborazione di un’enorme quantità di dati contemporaneamente, e nuovi canali di comunicazione che permetteranno di trasferire informazioni in maniera più sicura.

La scienza però, si sa, non si ferma mai. È già tempo di guardare avanti, di guardare al futuro: «Il prossimo passo sarà 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, con estrema velocità» ci spiega Eaton. Una scoperta che, se avverrà, permetterà effettivamente l’utilizzo di questa tecnologia all’interno di un computer quantistico.