[English below] La collaborazione tra il Dipartimento di Fisica dell’Università di Pavia e Xanadu Quantum Technologies ha portato alla dimostrazione della sorgente integrata di stati squeezed più piccola ed efficiente mai realizzata. Il lavoro, appena uscito sulla prestigiosa rivista «Nature Communication» (https://www.nature.com/articles/s41467-021-22540-2), vede la partecipazione del professor Marco Liscidini e del dottorando Luca Zatti che hanno collaborato allo studio teorico del dispositivo.
La realizzazione di un computer quantistico capace di svolgere calcoli intrattabili per computer classici è tra gli obiettivi più ambiziosi delle emergenti tecnologie quantistiche. Xanadu Quantum Technologies (www.xanadu.ai) è un’azienda canadese impegnata nello sviluppo di un computer quantistico sfruttando la natura non classica della luce, che ha una consolidata collaborazione con il Dipartimento di Fisica.
Alla base di questo promettente approccio c’è la generazione di un particolare tipo di luce, cosiddetta squeezed, letteralmente “spremuta”, caratterizzata dalla presenza di fotoni (i quanti della radiazione elettromagnetica) emessi a coppie. Recentemente è stato infatti dimostrato in laboratorio che l’interferenza quantistica di luce squeezed generata da decine di sorgenti permette di svolgere calcoli che sono intrattabili da computer classici. Tuttavia, per realizzare un computer vero e proprio è necessario rendere questo approccio scalabile, e per farlo è fondamentale miniaturizzare queste sorgenti di luce.
Il dispositivo dimostrato nel lavoro appena pubblicato è composto da due micro-risuonatori a forma di anello capaci di intrappolare la luce proveniente da un laser convenzionale e portare alla generazione di luce squeezed. L’utilizzo di questa microstruttura permette di aumentare l’efficienza del processo di generazione e allo stesso tempo consente di sopprimere processi parassiti non desiderati che degraderebbero la qualità della luce emessa. Il raggio di questi anelli è di poco più di un decimo di millimetro, il che consente di integrare centinaia di queste sorgenti su un singolo chip, e fare così un ulteriore passo avanti verso il computer del futuro.
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Squeezed light for future quantum computers
The collaboration between the Department of Physics of the University of Pavia and Xanadu Quantum Technologies led to the demonstration of the smallest and most efficient integrated source of squeezed states ever reported. This result, just published in the prestigious journal “Nature Communication” (https://www.nature.com/articles/s41467-021-22540-2), includes the participation of Professor Marco Liscidini and PhD student Luca Zatti who contributed to the theoretical study of the device.
Building a quantum computer capable of outperforming classical computers is one of the most ambitious goals of the emerging quantum technologies. Xanadu Quantum Technologies (www.xanadu.ai) is a Canadian company engaged in the development of a quantum computer exploiting the non-classical nature of light, and it has an established collaboration with the Department of Physics.
At the basis of this promising approach there is the generation of a particular type of light, so-called squeezed, which is characterized by the presence of photons (quanta of electromagnetic radiation) emitted in pairs. In fact, it has recently been demonstrated that the quantum interference of squeezed light generated by several dozens of sources makes it possible to perform calculations that are intractable by classical computers. However, moving out of the labs and building a real quantum computer requires to make this approach scalable, and, to do so, it is essential to miniaturize these light sources.
The device demonstrated in this work is composed of two ring-shaped micro-resonators capable of trapping light emitted by a conventional laser to generate of squeezed light. The use of this micro-structure allows one to increase the efficiency of the generation process and at the same time suppress unwanted parasitic processes that would degrade the quality of the emitted light. The radius of these rings is only about a tenth of a millimeter, which allows one to integrate hundreds of these sources on a single chip and take another step towards the computer of the future.
[Nell’immagine di apertura: Dettaglio del dispositivo fotonico dimostrato nel lavoro dove sono visibili i due microrisuonatori ad anello.]
