Rivoluzione nella ricerca quantistica: gli scienziati di Paderborn stabiliscono nuovi standard!

Rivoluzione nella ricerca quantistica: gli scienziati di Paderborn stabiliscono nuovi standard!

Scienziati del Università di Paderborn hanno fatto progressi rivoluzionari nella ricerca quantistica. In un nuovo progetto è stato sviluppato un circuito criogenico che viene utilizzato per controllare e manipolare i quanti di luce (fotoni) molto più rapidamente. Questa innovazione non è importante solo per l’informatica quantistica, ma potrebbe avere applicazioni rivoluzionarie anche nella comunicazione e nella simulazione.

I risultati di questa ricerca sono stati pubblicati sulla rivista specializzata Optica. I ricercatori sono stati in grado di manipolare attivamente gli impulsi luminosi costituiti da singoli fotoni, cosa resa possibile utilizzando la cosiddetta “operazione feedforward”. Questo metodo consente la misurazione e il controllo in tempo reale del flusso luminoso, riducendo significativamente le precedenti limitazioni tecniche che causavano ritardi nella misurazione, elaborazione e controllo. La nuova tecnologia riesce a ridurre al minimo questi ritardi a meno di un quarto di miliardesimo di secondo.

Innovazioni tecniche e collaborazioni

Un team guidato dal Dr. Frederik Thiele e Niklas Lamberty del gruppo di lavoro “Mesoscopic Quantum Optics” ha utilizzato rilevatori superconduttori all’avanguardia per misurare con precisione i quanti di luce. Questo circuito elettronico funzionava a temperature estremamente basse di circa -270 gradi Celsius, fondamentali per l'elaborazione dei segnali senza ritardi significativi. Si è inoltre riscontrato che il circuito genera meno calore, il che è di grande importanza per il funzionamento nei criostati.

Combinata sotto il nome del progetto ARCTIC ("Ricerca avanzata sulle tecnologie criogeniche per l'informatica innovativa"), la ricerca mira a creare una catena di approvvigionamento europea per la fotonica criogenica e la microelettronica. Questo progetto coinvolge circa 36 importanti istituti di ricerca europei, impianti di produzione industriale e partner applicativi. Insieme stanno lavorando allo sviluppo di microsistemi ICT scalabili, che sono di fondamentale importanza per l’industria dell’informatica quantistica.

Prospettive per la comunicazione quantistica

Il controllo rapido e preciso dei fotoni non ha solo implicazioni per l’informatica quantistica, ma apre anche prospettive promettenti per la comunicazione quantistica. Questa tecnologia consente lo scambio di chiavi a prova di intercettazione per la codifica di informazioni rilevanti per la sicurezza. A differenza dei metodi di crittografia algoritmica, la sicurezza della comunicazione quantistica si basa sui principi fisici dell’entanglement quantistico e sul principio di sovrapposizione. Fraunhofer IOF, che in collaborazione con partner dell'industria e dell'economia, sviluppa le basi per i sistemi di comunicazione quantistica e le tecnologie di collegamento ottico.

Un ruolo particolare lo svolge il progetto QuNET, il cui scopo è utilizzare la comunicazione quantistica in reti ad alta sicurezza. Nella prima fase del progetto verrà effettuato un esperimento chiave che comprende, tra le altre cose, un dimostratore tecnologico che consente una connessione sicura tra due edifici tramite un collegamento ottico a raggio libero. Questi sviluppi potrebbero aumentare significativamente gli standard di sicurezza nelle comunicazioni moderne.

I progressi nella criogenia e nelle comunicazioni quantistiche non rappresentano solo una pietra miliare tecnica, ma dimostrano anche le possibilità inerenti alla prossima generazione di processori quantistici e applicazioni ICT. La collaborazione tra istituti di ricerca e industria sarà fondamentale per continuare a sviluppare queste tecnologie e inserirle nelle applicazioni.