La nuova innovazione mantiene la luce in qubit stabile a temperatura ambiente

Poiché quasi tutte le nostre informazioni private sono digitali, è sempre più importante trovare modi per proteggere i nostri dati e noi stessi dagli hacker. La crittografia quantistica è la risposta dei ricercatori a questo problema, più specificamente un tipo specifico di qubit, costituito da singoli fotoni: particelle di luce.

È estremamente difficile penetrare i singoli fotoni o qubit di luce, come vengono anche chiamati. Tuttavia, affinché i frammenti di luce siano stabili e funzionino correttamente, devono essere conservati a temperature prossime allo zero assoluto – meno 270 gradi Celsius – che richiedono enormi quantità di energia e risorse.

dopo in Uno studio pubblicato di recenteI ricercatori dell’Università di Copenaghen dimostrano un nuovo modo per conservare questi qubit a temperatura ambiente 100 volte più a lungo che mai.

Abbiamo sviluppato un rivestimento speciale per i nostri chip di memoria che aiuta le porzioni quantistiche di luce a essere identiche e stabili a temperatura ambiente. Inoltre, il nostro nuovo metodo ci consente di memorizzare i qubit molto più a lungo, in millisecondi anziché in microsecondi, cosa che non era mai stata possibile prima. “Siamo davvero entusiasti”, afferma Eugene Simon Polzek, professore di ottica quantistica presso l’Istituto Niels Bohr.

Questo è il motivo per cui i singoli fotoni sono così difficili da penetrare:

  • Quando scriviamo e-mail o comunichiamo con la nostra banca, ogni lettera viene convertita in codici luminosi di fotoni. Un messaggio con molti fotoni consente a un hacker di fare clic sul tuo messaggio e rubare una parte di quei fotoni e informazioni.
  • Questo è il motivo per cui i ricercatori stanno lavorando sulla capacità di scrivere e-mail utilizzando singoli fotoni (qubit di luce), che sono molto più difficili da rubare, perché non possono essere scomposti in pezzi più piccoli. Pertanto, è facile rilevare se qualcuno sta rubando il tuo messaggio.
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Lo speciale involucro dei chip di memoria rende facile immagazzinare byte di luce senza i grandi congelatori, che sono ingombranti da usare e richiedono molta energia. Pertanto, la nuova invenzione sarà più economica e più in linea con i requisiti del settore in futuro.

Il vantaggio di conservare questi qubit a temperatura ambiente è che non richiedono elio liquido o sistemi laser complessi per il raffreddamento. È anche una tecnologia più semplice che può essere implementata più facilmente in Internet quantistica in futuro”, afferma Karsten Diederiksen, PhD, dell’UCSD sul progetto.

Immagine di una memory stick protetta da una cella di vetro. Eugene Simon Polzek

Uno speciale rivestimento mantiene la stabilità dei qubit

Di solito, le temperature calde disturbano l’energia di ogni parte quantica della luce.

“Nei nostri chip di memoria, migliaia di atomi volano in giro ed emettono fotoni noti anche come qubit di luce. Quando gli atomi sono esposti al calore, iniziano a muoversi più velocemente e si scontrano tra loro e con le pareti del chip. Questo li porta a emettono fotoni completamente diversi l’uno dall’altro, ma abbiamo bisogno che siano esattamente gli stessi per poter essere utilizzati per comunicazioni sicure in futuro”, spiega Eugene Polzek e aggiunge:

Collaboratori allo studio:

Eugene Polzek è il capo del gruppo che ha sviluppato i chip di memoria a guscio speciale. La ricerca è stata condotta in collaborazione con il Ph.D. Karsten Dideriksen e Rebecca Schmieg insieme al postdoc Michael Zugenmaier, tutti dell’Università di Copenaghen.

Ecco perché abbiamo sviluppato un metodo che protegge la memoria atomica con uno strato speciale all’interno dei chip di memoria. Il rivestimento è in paraffina che ha una struttura simile alla cera e agisce ammorbidendo le collisioni degli atomi, rendendo i fotoni o qubit emessi identici e stabili. Abbiamo anche usato filtri speciali per assicurarci che solo fotoni identici fossero estratti dai chip di memoria”.

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Sebbene la nuova scoperta rappresenti una svolta nella ricerca quantitativa, necessita ancora di ulteriore lavoro.

Attualmente, produciamo qubit di luce a una velocità ridotta: un fotone al secondo, mentre i sistemi criogenici possono produrne milioni contemporaneamente. Ma crediamo che questa nuova tecnologia presenti importanti vantaggi e che possiamo superare questa sfida in tempo”, conclude Eugene.

Diversi tipi di bit quantistici:

  • Esistono diversi tipi di bit quantistici che vengono utilizzati per scopi diversi. I qubit di luce sono costituiti da fotoni (particelle di luce) che volano costantemente ad alta velocità. Questo tipo di qubit è ideale per la comunicazione quantistica, perché può percorrere grandi distanze senza essere disturbato.
  • Al contrario, i qubit stazionari (localizzati) come i qubit superconduttori e i qubit ionici sono adatti per il calcolo quantistico.

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