Scienziati cinesi realizzano un nuovo chip quantistico da un semiconduttore comune

I ricercatori cinesi hanno fatto un passo avanti verso la costruzione di un chip quantistico, utilizzando per la prima volta al mondo un semiconduttore comune per creare una sorgente di luce quantistica.

I chip quantistici hanno il potenziale per risolvere problemi complessi in modo esponenzialmente più veloce rispetto al calcolo convenzionale basato sugli elettroni, ma gli scienziati hanno faticato a costruire i componenti necessari per un circuito integrato.
Un team cinese ha ora dichiarato di aver creato uno di questi componenti – una sorgente di luce quantistica – utilizzando il semiconduttore nitruro di gallio (GaN), un materiale usato per decenni nei diodi a emisIl team di scienziati cinesi utilizza un materiale utilizzato seisione di luce blu.

Secondo il team dell’Università di Scienze e Tecnologie Elettroniche della Cina (UESTC), dell’Università Tsinghua e dell’Istituto di Microsistemi e Tecnologie dell’Informazione di Shanghai, il dispositivo ha un “notevole potenziale” per la costruzione di chip quantistici piccoli e robusti.

La sorgente di luce ha prodotto coppie di particelle di luce “entangled”, collegate quantisticamente,   che possono essere utilizzate per trasportare informazioni.
Rispetto alle sorgenti di luce quantistica esistenti basate su materiali come il nitruro di silicio e il fosfuro di indio, il nuovo dispositivo ha una gamma di lunghezze d’onda molto più ampia e potrebbe essere utilizzato per costruire altri componenti principali di un circuito quantistico, hanno riferito i ricercatori nella rivista Physical Review Letters il mese scorso.

“Dimostriamo che il nitruro di gallio è una buona piattaforma di materiale quantistico per l’informazione quantistica fotonica, in cui la generazione di luce quantistica è cruciale”, ha dichiarato a Physics Magazine l’autore principale Zhou Qiang dell’UESTC.
“La piattaforma del nitruro di gallio offre prospettive promettenti per il progresso dei chip fotonici quantistici nel prossimo futuro”.

L’esperto di ottica quantistica Thomas Walther, dell’Università Tecnica di Darmstadt in Germania, ha dichiarato a Physics Magazine che il lavoro è “un importante passo avanti” perché potrebbe ridurre i costi di produzione di tali sistemi e renderli molto più compatti e robusti di quelli attuali.

Nel loro esperimento, Zhou e i suoi colleghi hanno prima fatto crescere un sottile film di GaN su uno strato di zaffiro. Poi hanno inciso un anello nel film di 120 micrometri di diametro, permettendo alle particelle di luce dei raggi laser di viaggiare intorno all’anello.
Quando i ricercatori hanno alimentato la luce laser a infrarossi nel film di GaN, alcune particelle di luce sono rimaste intrappolate e sono diventate “risonanti” a coppie.

Grazie a un effetto noto come miscelazione spontanea a quattro onde, alcune coppie risonanti hanno dato origine a una nuova coppia di particelle di luce che si sono aggrovigliate l’una con l’altra.
Il grado di entanglement prodotto dall’anello GaN era “paragonabile” al livello misurato per altre sorgenti di luce quantistica, ha spiegato Zhou alla rivista Physics.Anche la gamma di lunghezze d’onda in uscita si è estesa dai 25,6 nanometri dei materiali precedenti ai 100 nanometri del nuovo dispositivo.

“Fornendo più risorse di lunghezza d’onda, saremo in grado di soddisfare le esigenze di un maggior numero di utenti che sperano di accedere a una rete quantistica attraverso diverse lunghezze d’onda”, ha dichiarato Zhou al Science and Technology Daily di giovedì.
Oltre alla sorgente di luce quantistica, il GaN è un materiale promettente anche per la realizzazione di altri componenti di un circuito quantistico, tra cui il laser di pompa e i rilevatori di particelle luminose, secondo il team.

“La piattaforma GaN è molto promettente per la realizzazione di circuiti integrati fotonici quantistici all-on-chip rispetto alle piattaforme esistenti”, hanno dichiarato.ù

Speriamo che questa nuova forma di luce quantistica e di circuito  riesca anche a superare il grande problema che, sinora sta rallentando, se non annullando, il progresso della computazione quantistica, cioè il “rumore”, cioè l’estrema sensibilità a qualsiasi variazione ambientale, come, ad esempio, disturbi causati da fotoni, o calore, che possono disturbare, o addirittura annullare, la capaictà computazionale dei quanti.