Nuove fibre ottiche per l’informatica quantistica del futuro

Roma – Sviluppata una nuova generazione di fibre ottiche speciali per far fronte alle sfide del trasferimento di dati, con potenziali implicazioni future nell’informatica quantistica. A compiere l’impresa, descritta su Applied Physics Letters Quantum, è stata una squadra di fisici dell’Università di Bath, nel Regno Unito. Le tecnologie quantistiche promettono di fornire una potenza di calcolo senza precedenti, consentendo di risolvere complessi problemi logici, sviluppare nuovi farmaci e fornire tecniche crittografiche infrangibili per comunicazioni sicure. Tuttavia, le reti via cavo utilizzate oggi per trasmettere informazioni in tutto il mondo non sono ottimali per le comunicazioni quantistiche; questo a causa dei nuclei solidi delle loro fibre ottiche. A differenza delle normali fibre ottiche, le fibre speciali fabbricate a Bath hanno un nucleo microstrutturato, costituito da un complesso schema di sacche d’aria che corrono lungo l’intera lunghezza della fibra. “Le fibre ottiche convenzionali, che oggi sono il cavallo di battaglia delle nostre reti di telecomunicazione, trasmettono la luce a lunghezze d’onda che sono interamente governate dalle perdite del vetro di silice”, ha detto Kristina Rusimova del Dipartimento di Fisica di Bath. “Tuttavia – ha continuato Rusimova – queste lunghezze d’onda non sono compatibili con le lunghezze d’onda operative delle sorgenti a singolo fotone, dei qubit e dei componenti ottici attivi, necessari per le tecnologie quantistiche basate sulla luce”. “La progettazione e la fabbricazione di fibre ottiche sono all’avanguardia nella ricerca del Dipartimento di Fisica dell’Università di Bath e le fibre ottiche che stiamo sviluppando pensando ai computer quantistici stanno gettando le basi per le esigenze di trasmissione dati di domani”, ha dichiarato Rusimova, che è anche autrice principale del documento. La luce è un mezzo promettente per la computazione quantistica. Le singole particelle di luce, chiamate fotoni, possiedono alcune proprietà esclusivamente quantistiche che possono essere sfruttate dalle tecnologie quantistiche. Un esempio è l’entanglement quantistico, in cui due fotoni separati da una grande distanza non solo contengono informazioni l’uno sull’altro, ma possono anche influenzare istantaneamente le proprietà dell’altro. A differenza dei bit binari dei computer classici, uno o zero, le coppie di fotoni entanglement possono esistere sia come uno che come zero allo stesso tempo, liberando enormi quantità di potenza di calcolo. “Un internet quantistico è un ingrediente essenziale per realizzare le vaste promesse della tecnologia quantistica emergente”, ha aggiunto Cameron McGarry, fino a poco tempo fa fisico a Bath e primo autore dell’articolo. “Come l’internet esistente, un’internet quantistica si affiderà alle fibre ottiche per trasmettere le informazioni da nodo a nodo”, ha proseguito McGarry. “Queste fibre ottiche saranno probabilmente molto diverse da quelle utilizzate attualmente e richiederanno una tecnologia di supporto diversa per essere utili”, ha affermato McGarry. Nella loro prospettiva, i ricercatori discutono le sfide associate all’internet quantistico dal punto di vista della tecnologia delle fibre ottiche e presentano una serie di potenziali soluzioni per la scalabilità di una rete quantistica robusta e su larga scala. Ciò comprende sia le fibre che saranno utilizzate per le comunicazioni a lungo raggio, sia le fibre speciali che consentiranno di utilizzare ripetitori quantistici, integrati direttamente nella rete per estendere la distanza su cui questa tecnologia può operare. Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato come le fibre ottiche speciali possono andare oltre il collegamento dei nodi di una rete e implementare la computazione quantistica nei nodi stessi, agendo come sorgenti di singoli fotoni entangled, convertitori di lunghezze d’onda quantistiche, interruttori a bassa perdita o contenitori per memorie quantistiche. “A differenza delle fibre ottiche utilizzate normalmente per le telecomunicazioni, le fibre speciali che vengono fabbricate di routine a Bath hanno un nucleo microstrutturato, costituito da un complesso schema di sacche d’aria che corre lungo l’intera lunghezza della fibra”, ha spiegato McGarry. “Il motivo di queste sacche d’aria consente ai ricercatori di manipolare le proprietà della luce all’interno della fibra e di creare coppie di fotoni entangled, cambiare il colore dei fotoni o persino intrappolare singoli atomi all’interno delle fibre”, ha precisato McGarry. “I ricercatori di tutto il mondo stanno facendo rapidi ed entusiasmanti progressi nelle capacità delle fibre ottiche microstrutturate in modi che sono di interesse per l’industria”, ha concluso Kerrianne Harrington, che è una delle principali scienziate del settore.(30Science.com)