Gli scienziati dell’Oak Ridge National Laboratory (ORNL) hanno realizzato un importante traguardo nella tecnologia quantistica: un chip fotonico integrato all-in-one che racchiude diverse funzioni essenziali per la creazione di qubit entangled compatibili con le reti in fibra ottica. Una scoperta che apre la strada a un’Internet quantistica scalabile, stabile e sicura.
Cosa rende questo chip così rivoluzionario?
Il chip, presentato in uno studio pubblicato su Optica Quantum, combina per la prima volta tutte le principali funzionalità della fotonica quantistica in un unico dispositivo compatto. In particolare, il team ha integrato:
- Un risonatore microring, per generare coppie di fotoni entangled
- Splitter e rotatori di polarizzazione, per codificare le informazioni su più percorsi
- Capacità di generare entanglement di polarizzazione a banda larga, una condizione fondamentale per le reti quantistiche
Il risultato? Oltre 116 canali ottici distinti, di cui più di 100 con alta fedeltà, un vero record per questo tipo di tecnologia.
Cos’è il qubit fotonico e perché è importante
A differenza dei bit classici, che possono rappresentare solo 0 o 1, i qubit possono trovarsi in più stati contemporaneamente (sovrapposizione), e possono essere “intrecciati” (entangled) tra loro, anche a distanza. Questo consente livelli di comunicazione e sicurezza impossibili da raggiungere con l’informatica tradizionale.
Nel nuovo chip, i qubit fotonici sono codificati direttamente sulla polarizzazione della luce e possono essere trasmessi attraverso le normali reti in fibra ottica, riducendo i costi di infrastruttura e rendendo la tecnologia potenzialmente utilizzabile su larga scala.
Il vantaggio dell’integrazione: verso la produzione di massa
“Non siamo i primi a mettere un singolo elemento fotonico su un chip, ma siamo i primi a integrare tutte queste capacità in un solo dispositivo”, ha spiegato Joseph Lukens, autore senior dello studio e docente alla Purdue University.
Questa integrazione permette produzione standardizzata su larga scala, superando i limiti dei sistemi da laboratorio fatti a mano e spingendo la fotonica quantistica verso una fase industriale.
Hiperentanglement: comunicazioni quantistiche più dense e sicure
Un aspetto particolarmente innovativo del progetto è la possibilità di creare qubit iper-entangled, cioè intrecciati su più gradi di libertà contemporaneamente (come colore e polarizzazione). Ciò significa che è possibile impacchettare molte più informazioni all’interno di un singolo segnale quantistico.
Lukens paragona l’iperentanglement a una coppia di dadi multisfaccettati sincronizzati: pur dando risultati casuali, corrispondono sempre tra loro. Aggiungendo più dimensioni (come se fossero più dadi), la capacità comunicativa cresce esponenzialmente.
Una pietra miliare verso l’Internet quantistico
La possibilità di interconnettere dispositivi quantistici attraverso reti esistenti è un passo fondamentale per la creazione di un’Internet quantistica globale, che sarà:
- Ultra sicura, grazie all’impossibilità di intercettare i dati senza modificarli
- Scalabile, perché compatibile con infrastrutture già in uso
- Ad alte prestazioni, per l’elaborazione e la trasmissione istantanea di informazioni crittografate
“Ogni studio come questo ci avvicina a un Internet quantistico funzionante, anche se non sappiamo ancora esattamente come sarà il risultato finale”, ha aggiunto Lukens.
Un progetto sostenuto da enti scientifici d’eccellenza
Lo sviluppo del chip è stato finanziato da:
- Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE)
- La National Science Foundation (NSF)
- L’Air Force Research Laboratory
Conclusione
L’integrazione delle funzionalità fotoniche quantistiche in un unico chip rappresenta una svolta tecnologica storica. Grazie a questa innovazione, l’idea di un’Internet quantistica affidabile e diffusa non è più fantascienza, ma un obiettivo tangibile, supportato da progressi concreti nella scienza dei materiali e delle telecomunicazioni.
