Semiconduttori bidimensionali e qubit, la ricerca di frontiera del Politecnico di Milano

Una ricerca del Politecnico di Milano dimostra la generazione di fotoni entangled usando materiali bidimensionali nanoingegnerizzati. Realizzata per la prima volta una sorgente di bit quantistici efficiente e programmabile su scale micrometriche.
di Manolo De Agostini pubblicata il 01 Febbraio 2025, alle 08:01 nel canale Scienza e tecnologiaComputer Quantistico
Uno studio di ottica non lineare e ottica quantistica pubblicato su Nature Photonics da ricercatori del Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano e altri atenei, e che vede come prima firmataria Chiara Trovatello, fa luce sul modo in cui semiconduttori bidimensionali in nanoscala possono essere programmati per produrre in modo efficiente bit quantistici su scale spaziali ultracompatte.
I semiconduttori bidimensionali (2D) - i più noti appartengono alla famiglia dei dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) - sono materiali con uno spessore di pochi strati atomici (tipicamente uno o pochi nanometri) e proprietà elettroniche uniche dovute alla loro struttura estremamente sottile. Tant'è che sono "attenzionati" nel campo miniaturizzazione dei dispositivi fotonici.
Come noto, i qubit sono i mattoni fondamentali delle tecnologie quantistiche. Secondo quanto spiega il Polimi, l'ottica non lineare consente di sfruttare un effetto chiamato "spontaneous parametric down-conversion" per produrre coppie di fotoni entangled, o qubit, utilizzando degli appositi materiali, i cosiddetti cristalli non lineari - cristalli di niobato di litio periodicamente polarizzati (PPLN).
Questi cristalli hanno tuttavia uno spessore di millimetri, o addirittura centimetri, che limita la loro miniaturizzazione e la loro compatibilità con dispositivi ottici integrati.
"Con questo studio abbiamo programmato alla nanoscala un semiconduttore bidimensionale tramite un processo di nanoingegnerizzazione e realizzato per la prima volta una sorgente di bit quantistici efficiente e programmabile su scale micrometriche, mille volte più sottile di 1 millimetro!", ha spiegato Chiara Trovatello, Assistant Professor presso il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano.
Tutto questo ha un impatto potenzialmente rivoluzionario in diversi campi, soprattutto nell'informatica quantistica e nelle telecomunicazioni avanzate. Una sorgente di bit quantistici (qubit) efficiente e programmabile su scala micrometrica potrebbe facilitare la realizzazione di processori quantistici più compatti e scalabili, ma anche permettere di creare dispositivi fotonici più veloci ed efficienti per la comunicazione e il rilevamento.
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