Un nuovo studio pubblicato in un recente numero di Nature Scientific Reports, coordinato dal dottor Rosario Lo Franco, fisico teorico ricercatore del Dipartimento di Energia, Ingegneria dell’informazione e Modelli Matematici (DEIM) dell’Università di Palermo, con la collaborazione dei fisici Zhong-Xiao Man e Yun-Jie Xia della Qufu Normal University in Cina, viene sviluppato un modo per estendere la durata dell’entanglement quantistico a quasi 10 millisecondi, che è di circa tre ordini di grandezza più lungo della vita spontanea di pochi microsecondi.
La durata dell’ordine dei millisecondi è già abbastanza lunga per implementare alcuni algoritmi e protocolli quantistici e dovrebbe essere estesa ulteriormente in futuro.
Il sistema consiste di una semplice architettura ambientale per un qubit (quantum bit), la memoria quantistica elementare, fatta di due cavità accoppiate ed in grado non solo di attivare un controllo a richiesta delle caratteristiche dinamiche del qubit incorporato in una delle cavità, ma anche di mantenere in modo efficiente la coerenza del qubit sotto opportune condizioni di accoppiamento tra le cavità. Attraverso una generalizzazione diretta, grazie alla scalabilità dell’architettura proposta, i fisici poi dimostrano che quando due qubi indipendenti sono localmente soggetti a un tale ambiente ingegnerizzato, il loro entanglement può essere schermato in modo robusto dal decadimento.
«La condizione di qubit non interagenti – dice Lo Franco – è auspicabile al fine di operare individualmente su ciascuno di loro per l’implementazione di protocolli di informazione e di calcolo quantistico».
Lo schema si presta ad essere realizzato con le attuali tecnologie nel contesto consolidato della cosiddetta elettrodinamica quantistica circuitale (cavity quantum electrodynamics, o cQED), che utilizza sistemi quantistici a due livelli (qubit) superconduttivi basati su giunzioni Josephson inseriti in appositi circuiti con cavità a guide d’onde coplanari. In teoria, l’entanglement potrebbe essere intrappolato per sempre ad un dato valore se le cavità senza qubit fossero perfette, nel senso che non perdono alcun fotone e quindi hanno un fattore di qualità infinita.
I costanti sviluppi in corso nel settore della cQED rendono probabile un innalzamento dei fattori di qualità e quindi dei tempi di vita dell’entanglement. I risultati di questo lavoro forniscono nuove informazioni per quanto riguarda il controllo della dinamica dei sistemi quantistici aperti e aprono la strada ad ulteriori sviluppi sperimentali verso la realizzazione di dispositivi in grado di preservare le risorse quantistica.
Una storia su questa ricerca si trova anche su phys.org.
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