L'informatica quantistica rappresenta una potenziale tecnologia rivoluzionaria che potrebbe superare di gran lunga i limiti tecnici dei moderni-sistemi informatici per alcune attività. Tuttavia, mettere insieme computer quantistici pratici e su larga-scala rimane una sfida, soprattutto a causa delle tecniche complesse e delicate coinvolte.
In alcuni sistemi di calcolo quantistico, singoli ioni (atomi carichi come lo stronzio) vengono intrappolati ed esposti a campi elettromagnetici, inclusa la luce laser, per produrre determinati effetti, utilizzati per eseguire calcoli. Tali circuiti richiedono che molte diverse lunghezze d'onda della luce vengano introdotte in diverse posizioni del dispositivo, il che significa che numerosi raggi laser devono essere disposti correttamente ed erogati nell'area designata. In questi casi, i limiti pratici derivanti dall’emissione di molti fasci di luce diversi in uno spazio limitato diventano una difficoltà.
Per risolvere questo problema, i ricercatori dell’Università di Osaka hanno studiato modi unici per fornire luce in uno spazio limitato. Il loro lavoro ha rivelato un circuito nanofotonico-efficiente dal punto di vista energetico con fibre ottiche collegate a guide d'onda per fornire sei diversi raggi laser alle loro destinazioni. I risultati sono stati pubblicati inAPL quantistico.
"Metodi pratici e scalabili per configurare i circuiti fotonici associati ai computer quantistici con ioni intrappolati-per consentire l'emissione di luce laser non sono ancora stati sviluppati", afferma l'autore Alto Osada. "Per superare questa sfida, volevamo creare un metodo efficiente che tenesse conto di tutte le zone di intrappolamento in una trappola ionica."
Nell'ambito della ricerca, le guide d'onda dovevano essere divise e riorganizzate in modo creativo all'interno dei circuiti per trasmettere i diversi raggi laser nelle posizioni corrette. I progetti dovevano anche prendere in considerazione la capacità di accendere e spegnere i raggi laser in modo indipendente, garantendo al tempo stesso la massima efficienza energetica possibile.
I modelli di guida d'onda risultanti assumono l'aspetto di arazzi complessi-accattivanti mentre i raggi laser si incrociano e si muovono attraverso i circuiti.
"Il nostro lavoro mostra che questo approccio può consentire diverse centinaia di qubit su un singolo chip", sottolinea Osada. I qubit si riferiscono alle unità di base del calcolo quantistico, su cui vengono eseguiti gli algoritmi quantistici per affrontare i problemi del mondo reale.
I ricercatori hanno utilizzato due approcci per formare modelli, denominati bubble sort e duplicazione a blocchi. Si è scoperto che entrambi i modelli presentano dei vantaggi, e i ricercatori hanno suggerito che la scelta tra i due dipenderebbe da fattori quali il numero di raggi laser richiesti e le perdite di elementi fotonici. Lo studio ha evidenziato con successo la fattibilità e il potenziale dell'utilizzo di modelli complessi di guide d'onda nei circuiti per portare fasci di luce agli ioni intrappolati.
Questa ricerca fornisce implicazioni interessanti secondo cui lo stesso concetto potrebbe essere applicato non solo all’informatica quantistica ma alla fabbricazione di sistemi ottici avanzati, rappresentando un’importante svolta tecnologica con un’ampia gamma di applicazioni.
