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Il teletrasporto quantistico è realtà: creata la prima coppia di elettroni entangled all’interno di un chip

Un team di ricercatori del RIKEN Center for Emergent Matter Science, in collaborazione con numerosi istituti giapponesi, ha riprodotto con successo una coppia di elettroni spin-correlati all’interno di un chip, dimostrando così per la prima volta che anche queste particelle, oltre ai fotoni, mantengono un legame di entanglement dopo essere state separate. I risultati della ricerca sono di fondamentale importanza per i futuri sviluppi delle scienze ingegneristiche, perché potrebbero contribuire alla creazione di reti basate sul teletrasporto quantico capaci di veicolare l’informazione contenuta all’interno dei qubits in zone differenti dello stesso chip, aumentando così la potenza di calcolo dei computer quantistici. La capacità di creare coppie di elettroni correlati sulla base del principio di non-località, altrimenti note come ‘coppie di Einsten-Podolsky-Rosen’, era stata per decenni il sogno proibito dei fisici, in particolar modo nel campo della Teoria dell’Informazione.


“Abbiamo deciso di dimostrare che le coppie EPR possono essere create tramite un processo affidabile”, ha dichiarato Russell Deacon, uno dei principali autori dello studio. “Fino ad ora i ricercatori erano riusciti a creare con successo solo coppie di fotoni entangled, perché i fotoni sono estremamente stabili e non interagiscono. Gli elettroni, per contro, sono profondamente influenzati dalla materia che li circonda. Noi abbiamo cercato di mostrare che anche lo spin degli elettroni può essere correlato in modo stabile.”


Per realizzare l’esperimento Deacon e i suoi collaboratori hanno dovuto creare un device elettronico piccolissimo, le cui dimensioni non superano le poche centinaia di nanometri. L’idea era quella di prendere una coppia di elettroni che consentisse all’elettricità di fluire liberamente, spingerla vicino ad una piccola fessura tra due superconduttori e costringerla infine ad attraversare, sfruttando l’effetto tunnel, due piccoli cristalli con proprietà quantiche. I cristalli quantici, ciascuno delle dimensioni approssimative di 100 nanometri, sono stati inseriti in due punti scelti casualmente sulla superficie del chip semiconduttore. Il chip ha attraversato poi una lunga fase di analisi sotto la lente di un microscopio a forza atomica, con lo scopo di individuare due cristalli che si trovassero sufficientemente vicini da poter funzionare in modo opportuno. “Abbiamo osservato migliaia di cristalli, identificandone circa un centinaio adatti allo scopo. A partire da questi abbiamo costruito circa venti dispositivi, dei quali solo due funzionanti.”


Misurando il flusso di corrente all’interno del superconduttore, il team è riuscito a dimostrare chiaramente che lo spin degli elettroni ha mantenuto l’entanglement lungo tutto il processo di attraversamento dei cristalli quantici. “Avendo dimostrato che gli elettroni rimangono in uno stato di entanglement quantistico anche quando vengono separati”, ha spiegato Deacon, “ora dovremmo essere in grado di utilizzare un dispositivo simile – anche se molto più complesso – per preparare coppie di elettroni capaci di teletrasportare l’informazione associata ai singoli qubit lungo tutta la superficie del chip.”



Fonte: R. S. Deacon, A. Oiwa, J. Sailer, S. Baba, Y. Kanai, K. Shibata, K. Hirakawa, S. Tarucha. Cooper pair splitting in parallel quantum dot Josephson junctions. Nature Communications, 2015; 6: 7446 DOI: 10.1038/ncomms8446 | RIKEN

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