I recenti progressi nella fisica quantistica hanno prodotto un significativo passo avanti: un nuovo progetto di memoria quantistica che dimostra efficienza e fedeltà senza precedenti. I ricercatori della Shanghai Jiao Tong University e della East China Normal University hanno sviluppato una memoria quantistica Raman in grado di archiviare e recuperare informazioni quantistiche con un’efficienza del 94,6% e una fedeltà del 98,91%, avvicinandosi effettivamente alla “perfezione” nell’archiviazione quantistica.
La sfida della memoria quantistica
Le memorie quantistiche sono componenti critici per le future tecnologie quantistiche, compresi i computer quantistici, la comunicazione quantistica a lunga distanza e i sistemi di rilevamento avanzati. Tuttavia, i progetti precedenti soffrivano di limitazioni intrinseche: l’elevata efficienza spesso veniva a scapito di una fedeltà ridotta e viceversa. L’ostacolo principale era il rumore indesiderato e le fluttuazioni casuali che degradavano le informazioni quantistiche memorizzate. Raggiungere sia l’alta efficienza che l’alta fedeltà è stata una sfida centrale nel settore.
Una soluzione guidata matematicamente
La svolta, dettagliata in Physical Review Letters, è incentrata su un nuovo approccio al controllo delle interazioni luce-atomo durante l’immagazzinamento quantistico. Il team ha utilizzato uno schema Raman a risonanza lontana, consentendo l’archiviazione a banda larga e un’elaborazione del segnale più rapida rispetto ad altri metodi. Fondamentalmente, hanno introdotto una tecnica di controllo precisa e adattiva basata sul principio della mappatura spaziotemporale della luce atomica, descritta matematicamente dalla trasformata di Hankel. Questo metodo consente di sintonizzare la memoria su prestazioni ottimali, riducendo al minimo il rumore e massimizzando la fedeltà.
“Fondamentalmente, questo lavoro è la prima volta a scoprire il meccanismo fisico dietro la mappatura della luce atomica nella memoria quantistica”, spiega il professor Weiping Zhang, ricercatore capo presso l’Università Jiao Tong di Shanghai. “In pratica, questo lavoro rappresenta una svolta nello sviluppo di un nuovo metodo e di una tecnica promettente per raggiungere un punto di riferimento della memoria quantistica”.
Rompere il compromesso tra efficienza e fedeltà
I ricercatori hanno implementato con successo il loro approccio utilizzando un vapore caldo di rubidio-87 (⁸⁷Rb), dimostrando che il compromesso precedentemente limitante tra efficienza e fedeltà può essere superato. Controllando con precisione le interazioni atomo-luce, hanno raggiunto prestazioni prossime all’unità in entrambi i parametri. Ciò rappresenta un passo significativo verso la costruzione di memorie quantistiche pratiche e affidabili per tecnologie avanzate.
Implicazioni per le tecnologie quantistiche
Questa svolta ha ampie implicazioni per il futuro dell’informatica e della comunicazione quantistica. Memorie quantistiche affidabili sono essenziali per costruire computer quantistici scalabili, abilitare reti di comunicazione quantistica a lunga distanza e sviluppare sistemi di rilevamento quantistico distribuiti. Il metodo del team offre un percorso chiaro verso la realizzazione di queste tecnologie.
Il team del professor Zhang prevede di esplorare ulteriormente nuovi principi guidati dalla fisica e di integrare la loro memoria in ripetitori quantistici per architetture di calcolo quantistico tolleranti ai guasti e reti quantistiche. Ciò suggerisce una traiettoria continua di innovazione nel settore.
Lo sviluppo di una memoria quantistica quasi perfetta rappresenta una pietra miliare cruciale nel progresso delle tecnologie quantistiche, aprendo la strada a un futuro in cui i computer quantistici e le reti di comunicazione diventeranno una realtà
