Oggi si producono elettroni"impigliati" anche su un chip: progresso verso i computer quantistici

Un gruppo del RIKEN per Emergent Materia Science, insieme a collaboratori di varie istituzioni giapponesi, ha prodotto con successo coppie di elettroni con spin impigliato e dimostrato, per la prima volta, che questi elettroni rimangono impigliati anche quando sono separati l'uno dall'altro su un chip.Questa ricerca potrebbe contribuire alla creazione di reti quantistiche futuristiche che utilizzano teletrasporto quantistico, consentendo a informazioni contenute nel quantum bits - qubit -, di essere condivisa tra molti elementi su un  chip, requisito fondamentale per scalare la potenza di un computer quantistico.                                                  La possibilità di creare coppie dielettroni impigliatinon locali - noti come coppie di Einstein-Podolsky-Rosen - su richiesta è stata a lungo un sogno.
"Abbiamo dimostrato che gli elettroni con spin impigliato, -dice Russell Deacon, che ha compiuto il lavoro- potrebbero essere prodotti in maniera affidabile. Finora, i ricercatori sono riusciti a creare fotoni impigliati, ma i fotoni sono estremamente stabili e non interagiscono. Elettroni, al contrario, sono profondamente influenzati dal loro ambiente. Abbiamo cercato di dimostrare che gli elettroni possono essere invischiati con la loro rotazione, proprietà che è relativamente stabile. "Per quest'impresa, Deacon e suoi collaboratori hanno creato un piccolo dispositivo, di poche centinaia di nanometri. Prendendo una coppia di Cooper - una coppia di elettroni che permette all’elettricità di fluire liberamente in superconduttori - e farli, mentre passano attraverso un traforo - un fenomeno quantistico - cioè attraverso una giunzione tra due superconduttori che siano conduttori, passando attraverso due distinti "quantum dots" (punti quantistici letteralmente) – cioè piccoli cristalli che hanno proprietà quantistiche.                                                                                  "Rilevando una corrente superconduttore, ciò significherebbe che gli elettroni, possono essere utilizzati come bit quantistici - i qubit, o bit usati nel campo dell'informatica quantistica -  in quanto rimangono invischiati anche quando sono stati separati tra i punti quantici .Per confermare questa separazione abbiamo misurato una corrente superconduttore che si sviluppa quando si dividono e si ricombinano nel secondo cavo. "I punti quantici, ciascuno di circa 100 nanometri, sono stati coltivati in posizioni casuali su un semiconduttore.Questo chip  accuratamente esaminato con un microscopio a forza atomica per scoprire le coppie di punti abbastanza vicini e quindi possano correttamente funzionare. “Abbiamo osservato migliaia di punti e identificato un centinaio di adatti. Da queste identificazioni abbiamo fatto una ventina di dispositivi. Di questi solo due hanno lavorato."Misurando la corrente superconduttore, il team ha dimostrato chiaramente che lo spin degli elettroni è rimasto impigliato mentre passava attraverso i punti quantici separati.        "Dimostrando che gli elettroni rimangono impigliati anche quando separati,- spiega Deacon -, questo significa che ora abbiamo potuto usare un simile, anche se più complesso, dispositivo per preparare le coppie di elettroni impigliati, in grado di teletrasportarsi come stati di qubit in un chip".Secondo Seigo Tarucha, capo del laboratorio che ha condotto il lavoro.                               "Questa scoperta è molto interessante, perché potrebbe portare allo sviluppo di applicazioni come le reti quantistiche e il teletrasporto quantistico. Anche se è tecnicamente difficile da gestire, lo spin degli elettroni è una proprietà molto promettente per queste applicazioni,  relativamente libera dall'ambiente e dura relativamente a lungo. Potrebbe essere combinato con fotoni, utilizzando gli elettroni con spin impigliato per creare fotoni che si sarebbero impigliati. Questo potrebbe consentire di creare grandi reti per condividere l'informazione quantistica in un modo ampiamente distribuito. "