Nel link seguente compare lo studio di cui al titolo, relativo alla creazione di nodi di connessione adeguati in reti quantistiche atomo-fotoniche a distanze inter-nodali elevate per la comunicazione ed il calcolo computerizzato:
https://arxiv.org/pdf/2002.05175.pdf
Si descrive un ulteriore sviluppo tecnico-scientifico dei nodi di connessione per una rete quantistica distribuita
e della sua realizzazione su grandi distanze.
I nodi di connessione di memoria quantistica sono collegati da canali fotonici che presentano tuttora consistenti problemi tecnico-scientifici da risolvere.
In questo studio vengono proposti nodi di reti quantistiche costituiti da atomi alcalini neutri accoppiati con cavità nano-fotoniche cristalline che combinano q-bits di memoria di lunga durata con una interfaccia di telecomunicazione, rendendo così possibile una distribuzione a grande distanza di entanglement quantistico attraverso fibre ottiche dotate di bassa perdita fotonica.
Viene presentato un nuovo protocollo per la generazione di uno stato interlacciato (entangled) atomo-fotonico che utilizza transizioni di comunicazione tra stati di atomi alcalini.
Si descrive un miglioramento realistico di questo protocollo che utilizza atomi di Rubidio e di Cesio che interagiscono con struttura e proprietà a livello atomico della cavità cristallina nano-fotonica del nodo.
In questo modo viene conseguita una elevata fedeltà di entanglement quantistico tra i componenti del nodo di una rete di distribuzione generata secondo tecnologie attuali.
Reti quantistiche con nuove tecnologie rivoluzionarie di comunicazione e calcolo possono essere realizzate con combinazioni di entanglement tra nodi a grandi distanze, tramite canali ottici e q-bits materiali già sperimentalmente dimostrati con sistemi multipli di ioni, atomi e sostanze simili in fase solida.
Però le attuali dimostrazioni di fattibilità si limitano al collegamento tra due nodi e distanze limitate a pochi chilometri a causa delle basse velocità di entanglement e limitata coerenza dei q-bits.
Per incrementare la velocità di entanglement e la distanza tra i nodi di una rete sono necessarie interfacce luce-materia efficienti e canali di connessione a basse perdite ottiche.
Nello spazio libero i legami ottici hanno bassa perdita di efficienza ma sono difficili da realizzare nelle zone cittadine metropolitane a causa di interferenze e interazioni negative con l'atmosfera terrestre.
Fibre ottiche a bassa perdita esistono nelle connessione di telecomunicazione ed il loro sviluppo consente di mantenere le perdite ottiche a livelli tollerabili inferiori a 0,1419 db/Km.
Reti quantistiche possono migliorare queste prestazioni sviluppando nodi in reti ad alta banda, tempi di coerenza lunghi e lunghezze d'onda tipiche delle telecomunicazioni.
Q-bits atomici sono candidati promettenti per i nodi di reti quantistiche poichè essi combinano lunghi tempi di coerenza, il controllo quantistico delle transizioni ottiche, elevati stati di coerenza dei q-bits ed una coerenza di interfaccia fotonica.
Interfacce efficienti luce-materia possono essere realizzate usando cavità ottiche, memorie quantistiche, griglie quantistiche atomi-fotoni, ed entanglement tra due nodi.
Però operazioni con nodi tra strutture atomiche permangono difficoltose, poichè tutte le specie atomiche compatibili con effetti laser e raffreddamento non danno transizioni a lunghezze d'onda delle telecomunicazioni.
Allora devono essere usati dispositivi di conversione delle frequenze per spostare i fotoni emessi dall'infrarosso vicino e visibile alla banda delle telecomunicazioni , e questo processo comporta la aggiunta di rumorosità di fondo ed efficienze di conversione limitate, limitando la velocità di generazione di entanglement e di fedeltà degli stati interlacciati.
Nello studio si propongono reti quantistiche basate su nodi individuali di atomi alcalini accoppiati ad una cavità cristallina di nano-fotoni e ad un sistema di eccitazione che provoca emissioni di telecomunicazione.
Questo nodo genera uno stato entangled atomo-fotone ad alta fedeltà adeguata per una distribuzione di entanglement estesa a tutta la rete.
Il protocollo di esecuzione in condizioni realistiche consente simulazioni e prestazioni accurate dell'intera struttura atomica , della realizzazione della cavità nano-fotonica e dl suo effetto sulla purezza di polarizzazione degli impulsi di eccitazione laser.
Questo protocollo rappresenta una alternativa superiore a precedenti proposte con atomi neutri basati su cavità macroscopiche con Itterbio, usando meglio-controllati atomi alcalini come Rubidio e Cesio.
La nostra soluzione risulta sperimentalmente fattibile e valida nell'ambito di tecnologie attuali correnti e note..
Si descrivono quindi in dettaglio l'entanglement atomo-fotone e telecomunicazione con la valutazione di stime analitiche e numeriche degli errori scalabili su ampi livelli di distribuzione a distanza su reti quantistiche, con atomi alcalini in particolare Rubidio e Cesio, con una prestazione adeguata della cavità fotonica cristallina e dell'accoppiamento fotonico alla telecomunicazione, con elevata fedeltà dello stato entangled atomo-fotone.
Infine una architettura nodale con nodi di molti q-bits può essere realizzata accoppiando atomi multipli nella stessa cavità fotonica, realizzando funzionalità di rete come la purificazione di entanglement e protocolli di ripetizione quantistica, con la possibilità di creare reti di comunicazione e calcolo quantistici multi-nodali su grande scala.
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