Micro-anello risonante crea entanglement quantistico su un chip di silicio a bassi consumi

L' entanglement quantistico (o correlazione quantistica) di particelle, come i fotoni, è un prerequisito per le nuove e future tecnologie di computazione quantistica come telecomunicazioni e sicurezza informatica. Applicazioni reali che sfruttano questa tecnologia, però, non saranno pienamente realizzate fino a quando tali dispositivi che creano questi stati quantistici siano abbastanza piccoli ed efficienti per essere integrati in apparecchiature elettroniche. In tale ottica, gli scienziati europei hanno creato e installato un piccolo "anello-risonatore" su un microchip che si ritiene essere capace di produrre un copioso numero di entangled fotoni utilizzando molta poca energia.

In precedenti esperimenti i entangled fotoni sono stati prodotti su un chip di silicio, ma il numero di coppie prodotte era basso, e la quantità di energia necessaria per raggiungere questo scopo era proibitivo, soprattutto su un dispositivo di bassa potenza, ad esempio un chip di silicio. Questo è dove il nuovo micro-anello risonante si differenzia con i suoi predecessori.

Creato con uno sforzo di collaborazione tra gli scienziati presso l'Università degli Studi di Pavia, Italia, le Università di Glasgow e Strathclyde, in Scozia, e la University of Ontario, Canada, il nuovo micro-anello risonante è al centro di questo lavoro che prende la forma di un loop inciso su un substrato di silicio. Con ingegneria e precisione i ricercatori hanno reso possibile la produzione di luce sotto forma di fotoni, mantenendo le dimensioni di quest'ultimo al livello della scala dei micron, raggiungendo efficienze di potenza eccezionali, che hanno reso questo micro dispositivo e le sue proprietà un candidato ideale per l'uso come componente on-chip.

"Il vantaggio principale della nostro nuova fonte è che è allo stesso tempo piccola, luminosa e basata sul silicio", come dice Daniele Bajoni, un ricercatore presso l'Università degli Studi di Pavia. "Il diametro dell'anello risonante è di soli 20 micron, che è circa un decimo della larghezza di un capello umano. Dispositivi precedenti erano centinaia di volte più grandi di quello che abbiamo sviluppato."

Un micro-anello risonante (o anello ottico) è un dispositivo che utilizza essenzialmente gli stessi principi che si trovano nelle gallerie quando sussurrando si crea una sorta di eco, solo che invece del suono, viene utilizzata la luce. Quando la luce di una lunghezza d'onda di risonanza è "accordata", viene immessa da un laser attraverso una guida d'onda, aumentando la sua intensità finché non viene finalmente emessa come un fascio luminoso con molti più fotoni all'uscita

"Il nostro dispositivo è in grado di emettere luce con sorprendenti proprietà quantistiche mai osservate in una fonte integrata", come dice Bajoni. "La velocità con cui vengono generati gli entangled fotoni è senza precedenti per una fonte di silicio integrata, e paragonabile a quella disponibile dai cristalli che richiedono laser molto forti."

Utilizzando una tecnologia già consolidata per produrre il loro dispositivo, gli scienziati sono fiduciosi che l'applicazione delle loro modifiche potrebbe presto vedere la produzione di chip di silicio con incorporati micro risonatori incorporati in moderne apparecchiature elettroniche.

"Negli ultimi anni, i dispositivi in silicio integrato sono stati sviluppati per filtrare e modificare il percorso della luce, soprattutto per applicazioni di telecomunicazioni. I nostri micro-anelli risonanti possono essere facilmente utilizzati accanto a questi dispositivi, ci si muove verso la capacità di sfruttare appieno entanglement in un chip."