La realizzazione di un "amplificatore perfetto", in grado di aumentare un segnale ma non il disturbo originario, rappresenta un importante passo verso il computer quantistico
Un "amplificatore perfetto", in grado di aumentare un segnale ma non il disturbo originario e senza aggiungere alcun rumore è stato messo a punto da ricercatori dell'Istituto nazionale di ottica del CNR di Firenze (Ino-Cnr) e dell'Università ceca di Olomouc. La descrizione del prototipo, che apparentemente'viola' le regole della meccanica quantistica, facendo un altro passo in avanti verso la possibilità di realizzare un computer quantistico, è apparsa in un articolo pubblicato on line su Nature Photonics.

"Disporre di un 'amplificatore perfetto' permetterebbe di realizzare comunicazioni quantistiche sicure su larga scala, vicine al 'sogno' di un computer quantistico", spiega Marco Bellini dell'Ino-Cnr, che ha sperimentato il prototipo in collaborazione con Alessandro Zavatta e Jaromir Fiurasek. "Il nostro amplificatore di segnali luminosi sembra 'violare' le regole della meccanica quantistica, quadruplicando l'intensità di un debole impulso luminoso senza aumentarne il disturbo originario né introdurre alcun rumore aggiuntivo. Il risultato è basato su tecniche da noi messe a punto di aggiunta e sottrazione controllata di singoli fotoni, le 'particelle' fondamentali e indivisibili da cui è costituita la luce".

"Se si alza il volume di una trasmissione disturbata, si amplifica anche il rumore e quindi il segnale rimane della stessa qualità", ricorda il ricercatore. "Anche se normalmente non ce ne accorgiamo, anzi, tutte le volte che amplifichiamo un segnale, aggiungiamo inevitabilmente una piccola frazione di rumore, 'sporcandolo'. Sebbene un buon impianto Hi-Fi riesca a diffondere segnali di uscita molto fedeli rispetto ai segnali originali in ingresso, c'è una parte di rumore addizionale inevitabile anche in un sistema ad alta fedeltà ideale. Tale rumore è legato a leggi fisiche fondamentali, ma è comunque così piccolo da risultare normalmente del tutto trascurabile".

Le cose cambiano però quando i segnali da amplificare sono estremamente deboli e il disturbo causato dall'amplificazione li rende quindi praticamente inutilizzabili. "È, per esempio, il caso degli schemi di comunicazione intrinsecamente sicuri basati sulla cosiddetta crittografia quantistica", prosegue Bellini. "In tale situazione l'effetto è utilissimo in quanto ogni tentativo di intercettazione e copia del messaggio produce un rumore aggiuntivo tale da essere immediatamente scoperto. In molti altri casi, però, l'impossibilità di amplificare fedelmente un segnale costituisce una grave limitazione, per esempio della sua distanza di trasmissione prima che l'attenuazione lo renda troppo debole."

Poiché però le leggi della meccanica quantistica sono inflessibili, il "trucco" consiste nell'ottenere tale perfezione soltanto in una piccola percentuale dei tentativi. "Anche se la cosa non sembrerebbe poi troppo vantaggiosa, in realtà quest'amplificazione ideale, anche se in un numero limitato di casi, ha grandi prospettive", conclude il ricercatore. "Utilizzando tale sistema si potranno effettuare nuovi tipi di misure ultrasensibili, realizzare ripetitori quantistici per ricostruire i più deboli impulsi delle reti di comunicazione e amplificare il cosiddetto entanglement, la particolare forma di correlazione tra particelle distanti che Einstein non riusciva ad accettare ma che è invece alla base dei concetti più avanzati di computer quantistico". (gg)


da le scienze

Un passo decisivo verso le reti quantistiche

Il risultato è stato raggiunto con tecnologie di fabricazione standard, una caratteristiche che dovrebbe facilitare il passaggio alle applicazioni pratiche

Le reti quantistiche sono da oggi più vicine alla realtà, grazie a una ricerca nata dalla collaborazione tra l'Università di Calgary, in Canada, e quella di Paderborn, in Germania, e illustrata in due articoli pubblicati su Nature (1, 2).

“Abbiamo dimostrato per la prima volta che un cristallo può immagazzinare informazione codificata in stati quantistici fotonici entangled”, ha spiegato Wolfgang Tittel, dell'Institute for Quantum Information Science dell'Università di Calgary. “La scoperta costituisce una pietra miliare sul cammino verso il futuro delle reti di telecomunicazione: le reti quantistiche”.

Nelle attuali reti di comunicazione, l'informazione è inviata tramite impulsi di luce che si muovo attraverso fibre ottiche e viene immagazzinata in hard disk per il successivo riutilizzo. Nel caso delle reti quantistiche il supporto per la codifica dell'informazione è dato dagli stati quantistici dei fotoni che sfruttano il fenomeno dell'entanglement, che correla a distanza particelle opportunamente preparate. Per ottenere la necessaria stabilità del sistema, fondamentale per realizzare dispositivi di uso pratico, i ricercatori hanno utilizzato guide d'onda realizzate con un cristallo dopato con ioni di terre rare e raffreddati a pochi gradi di temperatura sopra lo zero assoluto.

Un'importante caratteristica è che il dispositivo di memoria utilizza quasi esclusivamente tecnologie di fabbricazione standard.

“La robustezza che ne risulta e la possibilità di integrare la memoria nella tecnologia attuale come i cavi in fibra ottica è importante quando si cerca di portare l'attuale ricerca di base verso le applicaizoni pratiche”, ha concluso Tittel. (fc)


da lescienze

FisicaAll'Università di InnsbruckRealizzato il primo registro di calcolo quantistico
l risultato è di significativa importanza sia per la realizzazione di un computer quantistico, sia per comprendere più a fondo le proprietà di questo singolare fenomeno APPROFONDIMENTIL'avvento delle antenne quantistiche
Un "registro di calcolo" quantistico è stato realizzato da un gruppo di ricercatori dell'Università di Innsbruck, che sono riusciti a mettere in uno stato di sovrapposizione quantistica, o entanglement, ben 14 qubit. Il risultato è di significativa importanza sia per la realizzazione di un computer quantistico, sia per comprendere più a fondo le proprietà di questo singolare fenomeno.

"L'entanglement è ancora più difficile da comprendere quando vi sono coinvolte più di due particelle. Il nostro esperimento con molte particelle ci fornisce una nuova prospettiva sul fenomeno", osserva Thomas Monz, primo firmatario di un articolo sulle Physical Review Letter in cui sono illustrati i risultati del gruppo di ricerca diretto da Rainer Blatt.

Finora nessuno era stato in grado neppure di controllare l'entanglement di otto particelle, il numero necessario per rappresentare un byte quantistico. Ora i ricercatori di Innsbruck hanno quasi raddoppiato il record, confinando 14 atomi di calcio in una trappola ionica per poi manipolarli con un fascio di luce laser. Il registro così ottenuto potrebbe essere il cuore di un futuro computer quantistico.

Inoltre, i ricercatori hanno scoperto che il tasso di decadimento degli atomi non è lineare, come ci si aspettava, ma proporzionale al quadrato del numero di qubit. Se vengono entangled più particelle, la sensibilità del sistema aumenta significativamente: "Questo processo è noto come super-decoerenza ed è stato osservato raramente nei processi quantistici", spiega Thomas Monz. La scoperta di questo fenomeno può avere una ricaduta anche per la costruzione di orologi atomici ancora più precisi e nel campo della simulazione dei processi quantistici.

I ricercatori sono anche riusciti a confinare in una trappola ionica 64 particelle, "ma finora non siamo stati in grado di metterne in uno stato di sovrapposizione un numero così elevato", dice Thomas Monz. "Tuttavia le nostre attuali scoperte ci forniscono una migliore comprensione del comportamento di molte particelle entangled, e questa conoscenza può consentirci di ottenere presto uno stato di sovrapposizione per un numero maggiore di atomi".

Poche settimane fa il gruppo di Blatt aveva anche mostrato come fosse possibile accoppiare per via elettromagnetica piccoli registri quantistici su un chip, un risultato che con quello attuale rende molto più vicina e concreta la possibilità di un'elaborazione quantistica dell'informazione. (


http://lescienze.espresso.repubblica.it ... lo/1347350

E bravo Ubatuba ... Allora spettiamo!