Verso il teletrasporto quantico

Il controllo dei sistemi fisici microscopici si è già rivelato di successo in numerosi esperimenti, specialmente nel campo dell’ottica quantica. Attualmente, la ricerca si concentra sul raggiungimento del controllo meccanico quantico anche a livello macroscopico.

Sistemi promettenti a questo scopo sono gli oscillatori meccanici. Il progetto OMENT (“Optomechanical entanglement and teleportation”), finanziato dall’UE, ha lo scopo di dimostrare il controllo quantico di un oscillatore meccanico di dimensioni micrometriche e utilizzarlo per un’applicazione di informazione quantica cruciale: il teletrasporto.

OMENT ha cercato di preparare stati meccanici a bassa entropia, come lo stato fondamentale di un oscillatore optomeccanico. Su questa base, gli scienziati creerebbero e verificherebbero stati optomeccanici non separabili (entanglement). Tali stati appaiono solo nella meccanica quantica e sono la risorsa di numerose applicazioni di informazione quantica. L’entanglement optomeccanico creato verrebbe usato per il teletrasporto delle informazioni.

Innovativi protocolli optomeccanici hanno avanzato suggerimenti sull’implementazione dell’entanglement optomeccanico, del teletrasporto e degli schemi di raffreddamento ultraveloce nel regime ottico pulsato.

Un passo decisivo in OMENT è stato l’uso di oscillatori meccanici con elevati fattori Q (tassi ridotti di perdite energetiche), fino a 10^7 a basse temperature. I ricercatori hanno studiato un nuovo sistema di materiali a base di fosfuro di gallio e indio (InGaP) per risonatori meccanici a membrana. In questo modo è stata possibile un’integrazione monolitica e semplice delle membrane impilate, che promette una grande forza di accoppiamento a singolo fotone.

Grandi risorse sono state dedicate al raggiungimento di due sistemi optomeccanici a cavità stabili, a temperature ridotte in un refrigeratore a diluzione e in un criostato a flusso di elio.

Gli oscillatori meccanici a controllo quantico estendono i regimi fisici dell’elaborazione di informazioni in cui gli effetti quantici sono significativi su scala macroscopica. Inoltre, consentono la progettazione di dispositivi di misurazione con limite quantico ultrasensibili.

I risultati del progetto hanno contribuito in modo significativo alla realizzazione di una serie di parametri sperimentali che consentiranno in futuro di osservare l’entanglement quantico optomeccanico tra un campo laser e un oscillatore micromeccanico. Tutti i risultati del progetto sono stati pubblicati in riviste specializzate.