La base dell’attuale tecnologia delle comunicazioni è costituita dalle onde luminose e sonore. Mentre le onde sonore su scala nanometrica sui semiconduttori elaborano segnali a frequenze gigahertz per la trasmissione wireless, le fibre di vetro con luce laser creano il World Wide Web.
Una delle domande più urgenti per il futuro è come queste tecnologie possano essere estese ai sistemi quantistici per creare sistemi sicuri (ovvero senza tocco) comunicazione quantistica reti.
I quanti di luce o fotoni svolgono un ruolo molto centrale nello sviluppo delle tecnologie quantistiche.
Un team di scienziati tedeschi e spagnoli provenienti da Valencia, Münster, Augusta, Berlino e Monaco di Baviera è riuscito a controllare con successo i singoli quanti di luce con un altissimo grado di precisione. Il loro studio utilizza un'onda sonora per cambiare individuo fotoni su un chip tra due uscite a frequenze gigahertz.
Questa è la prima volta che gli scienziati hanno dimostrato un nuovo metodo che può essere utilizzato per le tecnologie quantistiche acustiche o per le complesse reti fotoniche integrate.
Il fisico Prof. Hubert Krenner, che dirige lo studio Münster e Augusta, ha detto, “Il nostro team è ora riuscito a generare singoli fotoni su un chip delle dimensioni di una miniatura e quindi a controllarli con una precisione senza precedenti, sincronizzata con precisione mediante onde sonore. "
Il dottor Mauricio de Lima, ricercatore presso l'Università di Valencia e coordinatore del lavoro svolto lì, aggiunge: “Il principio di funzionamento del nostro chip ci era noto per quanto riguarda la luce laser convenzionale, ma ora, utilizzando i quanti di luce, siamo riusciti a realizzare la tanto attesa svolta verso tecnologie quantistiche. "
Nello studio, gli scienziati hanno fabbricato un chip con minuscoli "percorsi conduttori" per i quanti di luce, le cosiddette guide d'onda. Questi sono circa 30 volte più sottili dei capelli umani. Il chip contiene anche sorgenti di luce quantistica, le cosiddette punti quantici.
Il Dr. Matthias Weiß dell'Università di Münster ha effettuato gli esperimenti ottici e ha aggiunto: “Questi punti quantici, di pochi nanometri di dimensione, sono isole all’interno delle guide d’onda che emettono leggera come singoli fotoni. I punti quantici sono inclusi nel nostro chip, quindi non dobbiamo utilizzare metodi complicati per generare singoli fotoni mediante un’altra fonte”.
Il dottor Dominik Bühler, che ha progettato i chip quantistici come parte del suo dottorato di ricerca. presso l’Università di Valencia, sottolinea quanto sia veloce la tecnologia: “Utilizzando onde sonore su scala nanometrica, possiamo scambiare direttamente i fotoni sul chip avanti e indietro tra due uscite a una velocità senza precedenti durante la loro propagazione nelle guide d’onda”.
Il Dott. Mauricio de Lima, guardando al futuro, ha affermato: “Stiamo già lavorando a pieno ritmo per migliorare il nostro chip in modo da poter programmare lo stato quantistico dei fotoni come desideriamo o addirittura controllare diversi fotoni con colori diversi tra quattro o più uscite”.
Prof. Hubert Krenner aggiunge, “Qui beneficiamo della forza unica delle nostre onde sonore su scala nanometrica: poiché queste onde si propagano praticamente senza perdite sulla superficie del chip, possiamo controllare perfettamente quasi tutte le guide d’onda che vogliamo con una sola onda – e in modo estremamente alto grado di precisione."
Riferimenti del giornale:
- Dominik D. Bühler, Matthias Weiß, Antonio Crespo-Poveda, Emeline DS Nysten, Jonathan J. Finley, Kai Müller, Paulo V. Santos, Mauricio M. de Lima Jr., HJ Krenner (2022): Generazione e dinamica su chip rotazione piezo-optomeccanica di singoli fotoni. Comunicazioni sulla natura 13, DOI: 10.1038/s41467-022-34372-9
