I computer quantistici sono considerati la tecnologia del futuro nel campo dell’elaborazione ad alte prestazioni. Diverse strade tecnologiche sono in fase di sviluppo: dai circuiti superconduttori a quelli fotonici, fino ai qubit basati su singoli atomi, come gli ioni intrappolati e gli atomi neutri. Proprio questi ultimi, manipolati attraverso “pinzette ottiche”, rappresentano una linea di ricerca emergente che sta avanzando rapidamente. Nell’ambito del progetto Scalable Optical Modulators for Atomic Quantum Computers (SMAQ), sviluppato nel quadro della Research Fab Microelectronics Germany (FMD) QNC Space, il Fraunhofer IPMS e il Max Planck Institute of Quantum Optics hanno ottenuto risultati significativi per la realizzazione di computer quantistici basati su atomi neutri.
Laser e qubit atomici
I qubit atomici, siano essi carichi o neutri, offrono vantaggi sostanziali rispetto ad altre tecnologie: qualità intrinseca elevata, ottimi tempi di coerenza e alta fedeltà nelle operazioni logiche. Per trasformare gli atomi neutri in qubit, è necessario manipolarli con laser ad altissima precisione. Tra gli elementi utilizzati, lo stronzio è particolarmente importante: le sue transizioni elettroniche utili si trovano nell’ultravioletto (UV), una regione spettrale che richiede strumentazione sofisticata.
Il problema principale riguarda la capacità di modulare e indirizzare i fasci UV in modo scalabile e accurato per eccitare e controllare i singoli qubit. La ricerca condotta ha dimostrato che le matrici di micromirror possono generare reticoli ottici di alta qualità proprio nel range UV, aprendo la strada a sistemi più affidabili e scalabili.
Gli specchi micrometrici come modulatore di luce
Fraunhofer IPMS vanta una competenza consolidata nello sviluppo di spatial light modulators (SLM) basati su micromirror. Nel progetto congiunto, i ricercatori del Max Planck hanno utilizzato tali dispositivi per intrappolare atomi di stronzio, raffreddati con laser, in reticoli ottici programmabili. Questi modulatori consentono di creare schemi di luce con precisione nanometrica, adattabili a diversi tipi di configurazioni di fasci laser.
La tecnologia micromirror presenta vantaggi significativi rispetto ai modulatori a cristalli liquidi: compatibilità con l’UV, velocità di modulazione fino a frequenze nell’ordine dei megahertz e indipendenza dalla polarizzazione. Inoltre, i test hanno confermato una precisione di modulazione di fase inferiore a un centesimo della lunghezza d’onda, soddisfacendo i requisiti più stringenti per la realizzazione delle pinzette ottiche.
Verso i computer quantistici di nuova generazione
Il successo del progetto segna un passo decisivo verso lo sviluppo di computer quantistici basati su atomi neutri. I prossimi obiettivi includono la realizzazione di SLM in grado di generare migliaia di fasci laser UV focalizzati in parallelo e l’aumento della velocità di modulazione, che al momento raggiunge solo 1 kHz.
Questi progressi rappresentano la base per costruire sistemi scalabili, in grado di controllare in maniera simultanea e precisa un grande numero di qubit atomici. Un traguardo che avvicina sempre più la possibilità di sfruttare i computer quantistici non solo come prototipi sperimentali, ma come strumenti concreti per la scienza e l’industria del futuro.