Nuove importanti ricerche per l'informatica quantistica

Gli scienziati mirano a ottenere un gate a fase controllata per due qubit fotonici che possono essere implementati su una piattaforma a semiconduttore

I professori Ku e Steel stanno applicando le loro competenze per intraprendere i prossimi passi chiave verso l'informatica quantistica pratica

I ricercatori in ingegneria elettrica e informatica stanno applicando la loro esperienza e creatività per migliorare la nostra capacità di utilizzare la tecnologia quantistica al fine di migliorare le comunicazioni, le potenzialità di calcolo, di elaborazione delle informazioni e della misurazione di precisione.

I professori Pei-Cheng Ku(1) e Duncan Steel(2) sono i due principali ricercatori dell'Università del Michigan coinvolti nel progetto, "Two-Photon Quantum Photonic Logic Gates Enabled by Photonic Bound States",(3) sostenuti dalla National Science Foundation e con sede presso la Washington University di St. Louis.

I ricercatori mirano a creare un nuovo approccio per ottenere un gate a fase controllata per due qubit fotonici che possono essere implementati su una piattaforma a semiconduttore. Il loro successo finale comporterà un significativo passo avanti nella realizzazione del pieno potenziale del calcolo quantico.

Le operazioni con un singolo qubit sono state raggiunte, ma non sono sufficienti per sfruttare il potenziale potere computazionale dell'elaborazione dell'informazione quantistica. Mentre le porte logiche fotoniche a due qubit sono state dimostrate teoricamente, la loro implementazione non è pratica né finanziariamente né tecnicamente.

I ricercatori sfrutteranno i recenti progressi nel trasporto fotonico fortemente correlato nella fotonica quantistica, così come nella progettazione, fabbricazione e caratterizzazione di dispositivi fotonici quantistici e punti quantici.

“In termini tecnici, questo lavoro mira a creare una molecola fotonica tra due fotoni (uno stato fotonico legato) in una piattaforma a semiconduttore”, spiega il professor Duncan Steel. “In definitiva, il nostro obiettivo è realizzare porte deterministiche ad alta fedeltà a due quinti controllate a velocità modulabile (controlled-Z) e dimostrare sperimentalmente le funzionalità di porte chiave in sistemi fotonici chirali allo stato solido”.

Il team dell'Università del Michigan ha tutte le potenzialità conoscitive per soddisfare la sfida del National Science Foundation (NSF).

Robert Steel, Robert J. Hiller, professore di ingegneria e professore di ingegneria elettrica e informatica, ha apportato diversi contributi rivoluzionari ai processi quantistici.

  • Nel 1998, lui con i suoi collaboratori furono i primi a dimostrare il controllo ottico coerente di un singolo punto quantico. Questo lavoro portò all'idea che i punti quantici potessero essere usati per costruire computer quantistici (un punto quantico agisce come un transistor in un computer convenzionale).
  • Nel 2003, ha dimostrato la prima NOT-gate controllata in un semiconduttore, ottenuta da tutto il controllo ottico in un punto quantico di un semiconduttore senza la necessità di collegare i fili. Ciò ha dimostrato il potenziale di un calcolo quantistico coerente e guidato otticamente in architetture scalabili.
  • Nel 2013, Robert Steel e colleghi hanno dimostrato il misterioso fenomeno noto come entanglement quantico, dimostrando allo stesso tempo che il processo è scalabile.

Il professor Pei-Cheng Ku, fondatore della società Arborlight, dirige il gruppo Nanofotonica e Nanofabbricazione. La sua ricerca si concentra su nuovi materiali e tecniche di fabbricazione per dispositivi optoelettronici e, in particolare, dispositivi a singolo fotone per la trasmissione sicura di dati mediante processi quantistici.

Il dottor Jung-Tsung Shen,(4) Professor presso la Washington University, è l' investigatore principale. La sua esperienza include lo sfruttamento delle proprietà uniche della nano-fotonica quantistica per applicazioni nella comunicazione quantica, computazione e imaging biomedico.

Secondo Robert Steel, oltre al contributo fondamentale all'informatica quantistica, uno spin-off di questa ricerca potrebbe essere una capacità di lettura di spin single shot per il calcolo basato su spin, un approccio alternativo alla memorizzazione e all'elaborazione delle informazioni.

Riferimenti:

(1) Pei-Cheng Ku

(2) Duncan Steel

(3) Two-Photon Quantum Photonic Logic Gates Enabled by Photonic Bound States

(4) Jung-Tsung Shen

Foto di pixabay.com

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