Nuovi cristalli fotonici per i computer quantistici

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Nuovi cristalli fotonici per i computer quantistici

Ricercatori dell’Università di Firenze, della Sapienza e del Cnr hanno sviluppato nuovi minuscoli cristalli fotonici che emettono un fotone alla volta. Così è possibile controllare la lunghezza d’onda e la posizione della luce con una precisione elevatissima.



Crittografia e computer quantistici rappresentano importanti strumenti per le comunicazioni del futuro. La strada è ancora lunga, ma diversi gruppi di ricerca italiani e internazionali si stanno impegnando per realizzare dispositivi elettronici sempre più potenti che possano essere impiegati in questi strumenti. Un passo in questa direzione è stato ottenuto dall’Università degli studi di Firenze, insieme alla Sapienza di Roma e al Consiglio nazionale delle ricerche (Ifn-Cnr). I ricercatori italiani hanno messo a punto nuovi cristalli fotonici in cui la luce, dunque il segnale o l’informazione, viene controllata con una precisione elevatissima. I risultati dello studio sono pubblicati su Advanced Materials.
I ricercatori hanno sfruttato le enormi potenzialità dei quantum dot (punti quantistici), che sono minuscoli cristalli, su scala dei nanometri, ovvero milionesimi di millimetro. Pur essendo così piccoli includono dei semiconduttori, ovvero materiali che in particolari condizioni (come l’aumento di temperatura) sono in grado di condurre corrente elettrica, ragione per la quale sono alla base di dispositivi elettronici e sono utilizzati per la trasmissione delle informazioni.

Per tutte queste proprietà i quantum dot sono studiati e utilizzati nei laser e potrebbero diventare armi precisissime per colpire le cellule tumorali.

I ricercatori hanno utilizzato un particolare materiale semiconduttore, l’arseniuro-nitruro di gallio idrogenato (GaAsN:H), mettendo a fuoco su una infinitesima porzione del materiale (si parla appunto di nanometri) un fascio di luce laser. “Questa operazione è stata effettuata mediante l’uso di una fibra ottica dotata di una punta di circa 100 nanometri”, spiega Francesco Biccari, ricercatore in fisica della materia all’Università di Firenze, che ha coordinato lo studio. Ed è proprio la luce laser che permette di creare nanocristalli contenenti questo semiconduttore.

“Regolando la potenza del fascio laser e il tempo di esposizione – prosegue il ricercatore – è possibile variare la loro dimensione e quindi, di conseguenza, la loro lunghezza d’onda di emissione”. In pratica, questa tecnica di scrittura laser ha permesso di controllare sia la posizione che la lunghezza d’onda della luce emessa dai nanocristalli fotonici, che così diventano strumenti ancora più precisi.
Le proprietà ottiche dei cristalli possono essere finemente controllate e ottimizzate e la posizione della luce può essere determinata con un’accuratezza inferiore ai 100 nanometri. È un po’ come avere un righello le cui tacche, invece di essere dell’ordine dei millimetri, sono della dimensione di milionesimi di millimetro. Queste grandi opportunità tecnologiche sono rese possibili dalla fisica quantistica, in cui le barriere della fisica classica possono essere superate.

“Uno degli effetti ottenuti”, sottolinea Biccari, “è la capacità di emettere un singolo fotone per ogni impulso ottico o elettrico ricevuto, caratteristica che li rende particolarmente adatti alle tecnologie quantistiche”. E lo sviluppo di questo metodo rappresenta un significativo passo avanti per la realizzazione di circuiti fotonici completamente integrati, conclude il ricercatore, utili per le future tecnologie quantistiche.

In questo ambito, un esempio è rappresentato dai computer quantistici, strumenti potentissimi ma ancora soltanto ipotetici, che elaborano le informazioni diversamente dal computer tradizionale (si basano sui qubit e non sui bit), sfruttando fenomeni quantistici come l’entanglement e il principio di sovrapposizione.

Fonte: wired.it - Autore Viola Rita
Fonte IGM: wired.it
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