Le enormi quantità di dati quantistici scambiati da computer quantistici a migliaia di chilometri di distanza possono essere manipolate da un nuovo rilevatore creato da JPL e Caltech. Il potenziale per funzionare milioni di volte più velocemente dei computer attuali risiede nel calcolo quantistico. Tuttavia, affinché i computer quantistici possano essere connessi su lunghe distanze, sarà necessaria una speciale rete di comunicazione quantistica.
Per aiutare a costruire una tale rete, gli scienziati del Jet Propulsion Laboratory della NASA e del Caltech hanno creato un dispositivo in grado di contare innumerevoli minuscoli fotoni (particelle di luce quantistica) con incredibile precisione. Il rilevatore PEACOQ (Performance-Enhanced Array for Counting Optical Quanta) è in grado di monitorare il tempo in cui ciascun fotone colpisce se stesso in 100 trilionesimi di secondo, a una velocità di 1,5 miliardi di fotoni al secondo; è come misurare singole gocce d'acqua spruzzate da una manichetta antincendio. Altri rivelatori non potrebbero raggiungere questa velocità.
"La trasmissione di informazioni quantistiche su lunghe distanze è stata molto limitata fino ad ora", ha affermato Ioana Craiciu del team del progetto PEACOQ, ricercatrice post-dottorato al JPL e prima autrice dello studio. "La trasmissione di informazioni quantistiche a velocità più elevate e più lontano è possibile grazie a nuove tecnologie di rivelatori come il PEACOQ che possono misurare singoli fotoni con una precisione di una frazione di millisecondo".
I computer tradizionali copiano le informazioni come una serie di 1 e 0, comunemente noti come bit, e le inviano tramite modem e reti di comunicazione. I bit vengono quindi trasferiti su cavi, fibre ottiche e spazio utilizzando onde radio o lampi di luce. Dopo che i pezzi sono stati recuperati, vengono riassemblati per produrre i dati originali.
La comunicazione tra computer quantistici è diversa. I bit quantistici o qubit vengono utilizzati per immagazzinare informazioni, che sono particelle fondamentali come elettroni e fotoni che non possono essere riprodotte e ritrasmesse senza essere distrutte. Le informazioni quantistiche vengono distorte dopo solo poche decine di miglia trasmesse su fibre ottiche utilizzando fotoni codificati, aumentando la difficoltà e riducendo notevolmente le dimensioni potenziali di qualsiasi rete futura.
Una speciale rete quantistica ottica nello spazio libero potrebbe includere "nodi" spaziali sui satelliti in orbita terrestre per consentire ai computer quantistici di comunicare al di fuori di questi vincoli. Questi nodi fungeranno da trasmettitori di dati generando coppie di fotoni entangled e inviandoli a due terminali di computer quantistici a centinaia o forse migliaia di chilometri di distanza.
Anche con una grande distanza tra loro, le coppie di fotoni entangled sono così interconnesse che la misurazione di una modifica istantaneamente i risultati della misurazione dell'altra. Tuttavia, un rivelatore molto sensibile come il PEACOQ dovrebbe misurare esattamente quando riceve ciascun fotone e trasmettere i dati in esso contenuti in modo che questi fotoni entangled possano essere ricevuti dal terminale di un computer quantistico.
Superconduttore piumaggio
Il rivelatore è un piccolo dispositivo. È dotato di 32 nanofili superconduttori di nitruro di niobio su un chip di silicio, con connettori radianti che danno il nome al rivelatore. Il rilevatore è largo solo 13 micron. Ogni nanofilo è 10.000 volte più sottile di un capello umano.
Sviluppato dal Micro Devices Laboratory del JPL e supportato dal programma Space Communications and Navigation (SCaN) della NASA, il rilevatore PEACOQ deve essere mantenuto a una temperatura criogenica di appena 272 gradi Fahrenheit sotto lo zero assoluto (meno 458 gradi Celsius). Ciò preserva lo stato superconduttore dei nanofili; questo è necessario per convertire i fotoni assorbiti in impulsi elettrici che trasmettono dati quantistici.
Il rilevatore deve essere abbastanza sensibile da rilevare singoli fotoni, ma deve anche essere costruito per resistere al bombardamento di più fotoni contemporaneamente. Questo tempo morto è ridotto al minimo, anche se ogni nanofilo superconduttore nel rivelatore perde temporaneamente la sua capacità di rilevare più fotoni quando viene colpito da un fotone. PEACOQ ha anche 32 nanofili, quindi quando uno "muore" gli altri possono riempire il vuoto.
Secondo Craiciu, PEACOQ sarà presto utilizzato in esperimenti di laboratorio per dimostrare la comunicazione quantistica a velocità più elevate o su distanze maggiori. A lungo termine, potrebbe offrire una soluzione al problema di come inviare dati quantistici in tutto il mondo.
Prove nello spazio profondo
PEACOQ si basa sul rilevatore creato per la dimostrazione della tecnologia DSOC (Deep Space Optical Communications) della NASA e fa parte di una più ampia iniziativa della NASA per consentire comunicazioni ottiche nello spazio libero tra lo spazio e la terra. DSOC verrà lanciato per la prima volta entro la fine dell'anno insieme alla missione Psyche della NASA per dimostrare come potrebbero funzionare le future comunicazioni ottiche ad alta larghezza di banda tra la Terra e lo spazio profondo.
Sebbene il terminale di terra DSOC presso l'Osservatorio Palomar del Caltech nel sud della California non trasmetta informazioni quantistiche, ha comunque bisogno della stessa alta precisione per contare i singoli fotoni provenienti dal laser dal ricetrasmettitore DSOC mentre viaggia nello spazio profondo.
Matt Shaw, responsabile del lavoro del JPL sui rivelatori superconduttori, ha dichiarato: “Questa è considerata la stessa tecnologia di una diversa categoria di rivelatori. "Sia che sia codificato con informazioni quantistiche o che vogliamo rilevare singoli fotoni da una sorgente laser nello spazio, stiamo ancora contando i singoli fotoni", ha detto.
Fonte: jpl.nasa.gov/news
Günceleme: 03/03/2023 18:57