Roma, 3 aprile 2013 COMUNICATO STAMPA

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1 Roma, 3 aprile 2013 COMUNICATO STAMPA In arrivo il micro laboratorio quantistico che funziona con la luce. Consentirà di simulare fenomeni fisici complessi Un team di ricercatori di Sapienza, CNR e Politecnico di Milano ha realizzato i primi modelli di processori operanti con i fotoni. Gli esperimenti, condotti in collaborazione con la Scuola Normale Superiore di Pisa, sono pubblicati sulle riviste Nature Communications e Nature Photonics È in un chip di vetro di pochi centimetri il più piccolo laboratorio in grado di simulare fenomeni fisici quantistici di particolare complessità: a realizzarlo, una collaborazione tutta italiana tra ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza, dell Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR (IFN-CNR) e del Politecnico di Milano. Il dispositivo utilizza i fotoni, cioè la luce, per trasmettere i dati e rappresenta un primo passo verso il processore del futuro, che avrà capacità e velocità di calcolo inaccessibili ai computer classici. Ma come funziona questo laboratorio in scala? I ricercatori hanno disegnato, grazie alla tecnica di scrittura mediante laser ad impulsi ultrabrevi, un vero e proprio circuito ottico all interno di un chip in vetro. Questa potente tecnologia, spiega Roberto Osellame, Primo Ricercatore dell Ifn-Cnr di Milano, consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici interconnessioni, riuscendo a simulare e prevedere il comportamento di sistemi fisici molto più complessi. Per simulare il comportamento di vari tipi di particelle, i ricercatori hanno costretto i fotoni a comportarsi, a seconda delle condizioni sperimentali, sia come bosoni (la classe a cui appartengono i fotoni) che come fermioni (la classe di elettroni, protoni, neutroni). Questo risultato è stato ottenuto nell esperimento condotto con il gruppo della Scuola Normale Superiore di Pisa. Paolo Mataloni, professore ordinario presso il Dipartimento di Fisica, commenta: Questo esperimento ci dà la possibilità di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico: non un vero computer quantistico, in grado di risolvere qualsiasi tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari, in accordo con l intuizione del premio Nobel Richard Feynmann secondo la quale solo un sistema quantistico può simulare il comportamento di un altro sistema quantistico. Con il secondo esperimento, all'interno di un dispositivo detto tritter, tre fotoni identici realizzano la cosiddetta coalescenza bosonica, fenomeno quantistico che si verifica quando due o più fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e scelgono la stessa porta in uscita dal dispositivo. Il tritter potrebbe il mattone elementare di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio, finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi sostiene Fabio Sciarrino, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica. Gli studi sono stati pubblicati sulle riviste scientifiche Nature Communications e Nature Photonics. La ricerca è finanziata da un progetto ERC (European Research Council) Starting Grant: 3D-QUEST (3D- Quantum Integrated Optical Simulation), coordinato da Fabio Sciarrino. I premi Erc, oltre a rappresentare un importante finanziamento alla ricerca universitaria, sono considerati tra i più prestigiosi riconoscimenti internazionali. Andrea Crespi, Roberto Osellame, Roberta Ramponi, Vittorio Giovannetti, Rosario Fazio, Linda Sansoni, Francesco De Nicola, Fabio Sciarrino, and Paolo Mataloni, Anderson localization of entangled photons in an integrated quantum walk, Nature Photonics 7, 322 (2013). doi: /nphoton Nicolò Spagnolo, Chiara Vitelli, Lorenzo Aparo, Paolo Mataloni, Fabio Sciarrino, Andrea Crespi, Roberta Ramponi, and Roberto Osellame, Three-photon bosonic coalescence in an integrated tritter, Nature Communications, 1606 (2013). doi: /ncomms2616

2 Le applicazioni dell ottica quantistica Gli straordinari progressi degli ultimi anni derivanti dall uso delle moderne tecnologie quantistiche permettono oggi di isolare, manipolare, controllare e rivelare singole particelle. Le potenziali applicazioni nei prossimi anni vanno dalla crittografia quantistica, alla simulazione quantistica di fenomeni fisici e alla computazione quantistica. In questo contesto la fotonica rappresenta un ottimo approccio sperimentale avendo portato alle verifica di numerosi processi fondamentali dell'informazione quantistica. I computer fotonici offrono in prospettiva una serie di vantaggi legati non solo alle prestazioni ma anche alle caratteristiche tecniche e ai costi energetici. Anzitutto i computer del futuro potrebbero avere peso e dimensioni ridottissime e funzionare a bassissimo consumo; è addirittura ipotizzabile che possano essere ricaricabili con la luce solare, come avviene oggi per le calcolatrici, senza alcun problema di surriscaldamento. Sarà inoltre possibile l integrazione diretta con reti di fibre ottiche e l accesso ultraveloce alle memorie ottiche. Non a caso il Premio Nobel per la Fisica del 2012 è stato attribuito a Serge Haroche e David Wineland proprio per i loro studi di ottica quantistica. Per interviste Paolo Mataloni - Dipartimento di Fisica Sapienza T (+39) paolo.mataloni@uniroma1.it Fabio Sciarrino - Dipartimento di Fisica Sapienza T (+39) fabio.sciarrino@uniroma1.it Roberto Osellame Istituto di fotonica e nanotecnologie - Cnr Tel (+39) , roberto.osellame@ifn.cnr.it Per maggiori informazioni

3 Arriva primo chip che usa la luce Realizzato in Italia, e' passo per pc quantistici 03 aprile, 15:48 (ANSA) - ROMA, 3 APR - E' un chip di vetro largo pochi centimetri che funziona con i fotoni: e' un importante passo in avanti verso la realizzazione dei futuri pc quantistici. Questo primo processore 'di luce', descritto su Nature Communications e Nature Photonics, e' stato realizzato grazie a una collaborazione italiana tra ricercatori del dipartimento di Fisica dell'universita' Sapienza di Roma, dell'istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Ifn-Cnr) e del Politecnico di Milano. RIPRODUZIONE RISERVATA Copyright ANSA

4 Ricerca e Sviluppo Fisica: micro-laboratorio quantistico che funziona con Fotoni 15:11 03 APR 2013 (AGI) - Roma, 3 apr. - E' in un chip di vetro di pochi centimetri il piu' piccolo laboratorio in grado di simulare fenomeni fisici quantistici di particolare complessita': a realizzarlo, una collaborazione tutta italiana tra ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza, dell'istituto di Fotonica e Nanotecnologie del CNR (IFN-CNR) e del Politecnico di Milano. Il dispositivo utilizza i fotoni, cioe' la luce, per trasmettere i dati e rappresenta un primo passo verso il processore del futuro, che avra' capacita' e velocita' di calcolo inaccessibili ai computer classici. Ma come funziona questo laboratorio in scala? I ricercatori hanno "disegnato", grazie alla tecnica di scrittura mediante laser ad impulsi ultrabrevi, un vero e proprio circuito ottico all'interno di un chip in vetro. "Questa potente tecnologia - ha spiegato Roberto Osellame, Primo Ricercatore dell'ifn-cnr di Milano - consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici interconnessioni, riuscendo a simulare e prevedere il comportamento di sistemi fisici molto piu' complessi". Per simulare il comportamento di vari tipi di particelle, i ricercatori hanno "costretto" i fotoni a comportarsi, a seconda delle condizioni sperimentali, sia come bosoni (la classe a cui appartengono i fotoni) che come fermioni (la classe di elettroni, protoni, neutroni). Questo risultato e' stato ottenuto nell'esperimento condotto con il gruppo della Scuola Normale Superiore di Pisa. Paolo Mataloni, professore ordinario presso il Dipartimento di Fisica, ha commentato: "Questo esperimento ci da' la possibilita' di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico: non un vero computer quantistico, in grado di risolvere qualsiasi tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada e' ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari, in accordo con l'intuizione del premio Nobel Richard Feynmann secondo la quale solo un sistema quantistico puo' simulare il comportamento di un altro sistema quantistico". Con il secondo esperimento, all'interno di un dispositivo detto tritter, tre fotoni identici realizzano la cosiddetta coalescenza bosonica,

5 fenomeno quantistico che si verifica quando due o piu' fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e scelgono la stessa porta in uscita dal dispositivo. "Il tritter potrebbe il mattone elementare di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio, finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora piu' complessi", ha detto Fabio Sciarrino, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica. Gli studi sono stati pubblicati sulle riviste scientifiche Nature Communications e Nature Photonics. La ricerca e' finanziata da un progetto ERC (European Research Council) Starting Grant: 3D-QUEST (3D- Quantum Integrated Optical Simulation), coordinato da Fabio Sciarrino. I premi Erc, oltre a rappresentare un importante finanziamento alla ricerca universitaria, sono considerati tra i piu' prestigiosi riconoscimenti internazionali. (AGI)

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10 TECNOLOGIA 03/04/ RICERCA Realizzato il primo chip che usa la luce Il mini-prototipo di un computer quantistico funziona con i fotoni ROMA È un chip di vetro largo pochi centimetri che funziona con i fotoni: si tratta di un importante passo in avanti verso la realizzazione dei futuri pc quantistici. Questo primo processore di luce, descritto su Nature Communications e N ature Photonics, è stato realizzato grazie a una collaborazione tutta italiana tra ricercatori del dipartimento di Fisica dell Università Sapienza di Roma, dell Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Ifn-Cnr) e del Politecnico di Milano. Non si tratta di un vero e proprio computer quantistico ma piuttosto di una sorta di mini-prototipo in grado di svolgere una delle possibili operazioni dei tanto attesi computer quantistici a cui lavorano centinaia di ricercatori di tutto il mondo. Il chip creato dai ricercatori italiani consiste in piccolo `cubo di vetro di pochi centimetri al cui interno è stato `disegnato un circuito dove far passare fotoni. «Non un vero computer quantistico - ha spiegato Paolo Mataloni del dipartimento di Fisica della Sapienza - in grado di risolvere qualsiasi tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari». Grazie a questo micro-laboratorio, i ricercatori sono riusciti infatti a realizzare alcuni esperimenti e simulare fenomeni quantistici complessi, come ad esempio cambiare il normale comportamento dei fotoni. (Ansa)

11 Il Messaggero articolo Page 1 of 1 09/04/2013 stampa chiudi sezione: TECNOLOGIA Computer fatto di luce, rivoluzionario processore fotonico Creato dai ricercatori della Sapienza, in collaborazione con Cnr, Politecnico di Milano e Normale di Pisa ROMA - Che l Università La Sapienza sia stata il perno della fisica moderna è noto a tutti. Ma la tradizione ha valore positivo solo se porta a nuove scoperte, come accade da quindici anni nel Gruppo di Ottica Quantistica del Dipartimento di Fisica dell'università Sapienza. Grazie alla collaborazione con l Istituto di Fotonica e Nanotecnologie del Consiglio Nazionale delle Ricerche (Ifn -Cnr), con il Politecnico di Milano e con la Scuola Normale Superiore di Pisa - a testimoniare il valore della collaborazione nella ricerca italiana - è stato possibile ideare e realizzare un processore fotonico ed alcuni esperimenti, pubblicati dalle riviste Nature Communications e Nature Photonics, che aprono nuovi scenari su come saranno i computer del futuro. PROCESSORE DI LUCE L inedito processore di luce è un oggetto concettualmente semplice e si propone di sostituire complicati assemblaggi di componenti ottici tradizionali. Si tratta di un parallelepipedo di vetro e pochi centimetri per lato, al suo interno scavato da microscopiche gallerie attraverso le quali l onda luminosa viene condotta. Esse sono realizzate da un laser ad impulsi ultrabrevi che, inducendo modifiche permanenti all'indice di rifrazione costruisce delle guide a tre dimensioni. Paragonando la novità all evoluzione elettronica che conosciamo è come passare dagli apparati con valvole o transistor a quelli con circuiti integrati che contengono miliardi di componenti, grazie all applicazione di una tecnologia laser lontana cugina di quella usata per incidere, soltanto sul piano bidimensionale, i CD audio di policarbonato. DALLA TEORIA ALLA PRATICA La tecnologia costruttiva del processore integrato ottico (o fotonico) è quindi uno dei traguardi necessari per passare dalla teoria alla pratica, che riguarda il trattamento e trasferimento dell informazione, l intero nostro mondo di oggi. Sono stati condotti due esperimenti usando il processore di luce. Nel primo, che ha visto in particolare coinvolto il gruppo della Scuola Normale Superiore di Pisa, i ricercatori hanno costretto i fotoni ad interagire fra loro, a seguire un percorso nel processore di luce, per ottenere in uscita un cambiamento misurabile delle loro caratteristiche. Nel secondo tre fotoni identici e indipendenti si sono incontrati nel processore tritter, hanno interferito e scelto la stessa porta in uscita dal dispositivo, realizzando il fenomeno quantistico detto coalescenza bosonica. Il primo esperimento, quindi, dimostra che è possibile indurre volontariamente un cambiamento delle caratteristiche fotoniche e quindi codificare nel cambiamento un informazione. Paolo Mataloni, professore ordinario presso il Dipartimento di Fisica, ha dichiarato che ora è possibile comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico: «Non un vero computer quantistico per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari». Il secondo esperimento, inoltre, dimostra come sia possibile operare con i fotoni per realizzare quelle operazioni logiche o di somma e sottrazione necessarie per il trattamento dell informazione. «Il tritter potrebbe diventare il mattone elementare di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio, finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi», afferma Fabio Sciarrino, ricercatore presso il dipartimento di Fisica della Sapienza e coordinatore del progetto ERC (European Research Council). LE RICADUTE

12 Galileo, giornale di scienza Ricerca d'italia Temi fisica e matematica Un mini laboratorio quantistico tutto italiano di redazione Pubblicato il 04 Aprile :00 È il più piccolo laboratorio quantistico al mondo. Ed è tutto italiano: lo ha realizzato, sfruttando le proprietà della luce, un'équipe di ricercatori di Sapienza Università di Roma, Cnr e Politecnico di Milano. Si tratta di un chip di vetro di pochi centimetri, in cui dei fotoni sono utilizzati per memorizzare e trasportare le informazioni, proprio come avviene nei processori all'interno dei personal computer "tradizionali". Ma in maniera molto più veloce ed efficiente. Le proprietà di questo laboratorio "in scala" sono descritte in due articoli pubblicati su Nature Photonics e Nature Communications. I ricercatori hanno "disegnato", grazie a una tecnica di scrittura laser, un vero e proprio circuito ottico all'interno di un piccolo chip di vetro. Questa potente tecnologia - racconta Roberto Osellame, uno degli autori del lavoro, ricercatore al Politecnico di Milano - consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici interconnessioni, riuscendo a simulare e a prevedere il comportamento di sistemi fisici molto più complessi".

13 Per "imitare" nel mini-laboratorio le proprietà di svariati tipi di particelle, i ricercatori hanno indotto i fotoni, cambiando le condizioni sperimentali, a comportarsi come bosoni (la classe a cui effettivamente appartengono) o come fermioni (la classe a cui invece appartengono particelle come elettroni, protoni e neutroni). Secondo Paolo Mataloni della Sapienza Università di Roma, "questo esperimento dà la possibilità di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico. Non un vero e proprio computer, in grado di risolvere ogni tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni particolari, in accordo con l'intuizione del premio Nobel Richard Feynman secondo la quale solo un sistema quantistico può simulare il comportamento di un altro sistema quantistico". I ricercatori si sono spinti oltre. Hanno riprodotto, in un secondo esperimento, il fenomeno della cosiddetta coalescenza bosonica, che avviene quando due o più fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e "usano" la stessa porta d'uscita del dispositivo: "Dispositivi come questo", conclude Fabio Sciarrino, anche lui della Sapienza, "potrebbero essere i mattoni elementari di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi". Riferimenti: 1. Andrea Crespi, Roberto Osellame, Roberta Ramponi, Vittorio Giovannetti, Rosario Fazio, Linda Sansoni, Francesco De Nicola, Fabio Sciarrino, and Paolo Mataloni, Anderson localization of entangled photons in an integrated quantum walk, Nature Photonics 7, 322 (2013) doi: /nphoton Nicolò Spagnolo, Chiara Vitelli, Lorenzo Aparo, Paolo Mataloni, Fabio Sciarrino, Andrea Crespi, Roberta Ramponi, and Roberto Osellame, Threephoton bosonic coalescence in an integrated tritter, Nature Communications, 1606 (2013) doi: /ncomms2616

14 Scritto da Redazione di Gaianews.it il Computer quantistici: in pochi centimetri un laboratorio dei fotoni Processori che operano con fotoni. E uno degli scenari futuri sui quali c è più attesa. Un passo in avanti è stato compiuto oggi da un team di ricercatori di Cnr, Sapienza e Politecnico di Milano che ha realizzato i primi modelli di processori operanti con i fotoni. Il dispositivo consentirà di simulare fenomeni fisici complessi. Gli esperimenti, condotti in collaborazione con la Scuola normale superiore di Pisa, sono stati pubblicati sulle riviste Nature Communications e Nature Photonics. In pochi centimetri la possibilità di simulare complessi fenomeni fisici quantistici. Nel chip di vetro i fotoni trasmettono dati, così come si prevede avverrà nei computer quantistici, computer con possibilità di calcolo inarrivabili per quelli attualmente in commercio. Ma come funziona questo laboratorio in scala? I ricercatori hanno disegnato, grazie alla tecnica di scrittura mediante laser a impulsi ultrabrevi, un vero e proprio circuito ottico all interno di un chip in vetro. Questa potente tecnologia, spiega Roberto Osellame dell Ifn-Cnr di Milano, consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici interconnessioni, riuscendo a simulare e prevedere il comportamento di sistemi fisici molto più complessi. Per simulare il comportamento di vari tipi di particelle, i ricercatori hanno costretto i fotoni a comportarsi, a seconda delle condizioni sperimentali, sia

15 come bosoni (la classe a cui appartengono i fotoni) sia come fermioni (la classe di elettroni, protoni, neutroni). Questo risultato è stato ottenuto nell esperimento condotto con il gruppo della Scuola normale superiore di Pisa. Questo esperimento ci dà la possibilità di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico, commenta Paolo Mataloni del dipartimento di Fisica della Sapienza. Non un vero computer quantistico, in grado di risolvere qualsiasi tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari, in accordo con l intuizione del premio Nobel Richard Feynmann secondo la quale solo un sistema quantistico può simulare il comportamento di un altro sistema quantistico. Con il secondo esperimento, all interno di un dispositivo detto tritter, tre fotoni identici realizzano la cosiddetta coalescenza bosonica, fenomeno quantistico che si verifica quando due o più fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e scelgono la stessa porta in uscita dal dispositivo. Il tritter potrebbe diventare il mattone elementare di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio, finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi, sostiene Fabio Sciarrino, ricercatore presso il dipartimento di Fisica della Sapienza. La ricerca è finanziata da un progetto Erc (European Research Council) Starting Grant: 3D-Quest (3D-Quantum Integrated Optical Simulation), coordinato da Sciarrino. I premi Erc, oltre a rappresentare un importante finanziamento alla ricerca universitaria, sono considerati tra i più prestigiosi riconoscimenti internazionali. RIPRODUZIONE RISERVATA

16 CORRIERE DELLA SERA.it Scienze Corriere della Sera > Scienze > È made in Italy il microlaboratorio quantistico a fotoni REALIZZATO DA RICERCATORI DI CNR, UN. LA SAPIENZA E POLITECNICO DI MILANO È made in Italy il microlaboratorio quantistico a fotoni Primi modelli di processori a fotoni per simulare fenomeni fisici complessi Lo scorso anno il premio Nobel per la fisica è stato assegnato al francese Serge Haroche e all'americano David J. Wineland per i loro studi sul futuro sviluppo del computer quantistico. È su questa strada che i ricercatori del dipartimento di fisica dell Università La Sapienza di Roma, dell Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Ifn-Cnr) e del Politecnico di Milano hanno realizzato in un chip di vetro di pochi centimetri il più piccolo laboratorio in grado di simulare fenomeni fisici quantistici complessi. Il dispositivo utilizza i fotoni per trasmettere i dati e rappresenta un primo passo verso il processore del futuro, che avrà capacità e velocità di calcolo straordinariamente superiori ai computer di oggi. Gli studi sono stati pubblicati sulle riviste Nature Communications e Nature Photonics. Il microlaboratorio quantistico SCRITTURA LASER - I ricercatori, grazie alla tecnica di scrittura mediante laser a impulsi ultrabrevi, hanno realizzato un circuito ottico all interno di un chip in vetro. «Questa potente tecnologia», spiega Roberto Osellame dell Ifn- Cnr di Milano, «consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici

17 interconnessioni, riuscendo a simulare e prevedere il comportamento di sistemi fisici molto più complessi». SIMULATORE - Per simulare il comportamento di vari tipi di particelle, i ricercatori hanno «costretto» i fotoni a comportarsi, a seconda delle condizioni sperimentali, sia come bosoni (la classe a cui appartengono i fotoni) sia come fermioni (la classe di elettroni, protoni, neutroni). Questo risultato è stato ottenuto nell esperimento condotto con il gruppo della Scuola normale superiore di Pisa. «Questo esperimento ci dà la possibilità di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico», commenta Paolo Mataloni del dipartimento di fisica della Sapienza. «Non un vero computer quantistico, in grado di risolvere qualsiasi tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari, in accordo con l intuizione del premio Nobel Richard Feynmann secondo la quale solo un sistema quantistico può simulare il comportamento di un altro sistema quantistico». TRITTER - Con il secondo esperimento, all'interno di un dispositivo detto tritter, tre fotoni identici realizzano la cosiddetta «coalescenza bosonica», fenomeno quantistico che si verifica quando due o più fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e scelgono la stessa porta in uscita dal dispositivo. «Il tritter potrebbe diventare il mattone elementare di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio, finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi», sostiene Fabio Sciarrino, ricercatore presso il dipartimento di fisica della Sapienza. Redazione Online 3 aprile 2013 (modifica il 4 aprile 2013) RIPRODUZIONE RISERVATA

18 La porta della luce: l informazione quantistica nel pc Brevettato il dispositivo che permetterà il passaggio delle informazioni quantistiche nei pc del futuro. La scoperta, realizzata da ricercatori dell Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Ifn-Cnr), La Sapienza Università di Roma e Politecnico di Milano, sarà presentata sulla rivista Nature Communications. Si chiama Cnot ed è il cuore dell'informazione quantistica, la porta logica del computer del futuro che per funzionare userà i fotoni, cioè la luce invece degli elettroni. A realizzarla una collaborazione fra l Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Ifn-Cnr), il gruppo di ottica quantistica della Sapienza e il Politecnico di Milano. Il dispositivo, di cui è stato depositato il brevetto, è costituito da un chip di vetro delle dimensioni di un paio di centimetri sul quale viene scritto un circuito integrato che guida la luce rendendo possibile il passaggio dei quanti di informazione quantistica (qu-bit). La fabbricazione della porta logica nel vetro è stata realizzata grazie a una tecnica innovativa che utilizza impulsi laser di brevissima durata (circa 100 milionesimi di miliardesimi di secondo) come penna ottica per scrivere direttamente nel chip i circuiti ottici necessari per l elaborazione dei qubit. Questa sofisticata tecnologia afferma Roberto Osellame, primo ricercatore dell Ifn-Cnr permette di realizzare circuiti ottici a sviluppo

19 tridimensionale, non ottenibili con altre tecnologie, che consentono di implementare architetture innovative e di integrare in un singolo dispositivo sistemi di complessità sempre maggiore. Viene così realizzato un componente essenziale e miniaturizzato dell hardware dei futuri computer quantistici, che saranno caratterizzati dalla capacità di effettuare con grande velocità di calcolo operazioni di complessità inaccessibile ai computer classici. La manipolazione dell informazione quantistica attraverso i fotoni afferma Paolo Mataloni, docente di ottica quantistica alla Sapienza rappresenta un importante sfida tecnologica poiché richiede la capacità di controllare ciascun sistema quantistico con estrema precisione. A questo scopo sono necessari sistemi ottici di crescente complessità, formati da un grande numero di interferometri, che rappresentano l elemento base della tecnologia ottica. L uso di sistemi miniaturizzati integrati in guida d onda permette di lavorare con perfetta stabilità di fase, con un enorme vantaggio rispetto ai sistemi tradizionali basati su specchi e altri elementi ottici convenzionali. Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, apre prospettive promettenti non solo nel campo dell'informazione e della computazione quantistica ma anche in quello della simulazione quantistica: questi dispositivi infatti possono essere utilizzati per simulare in laboratorio il comportamento di determinati fenomeni fisici difficilmente accessibili alla sperimentazione diretta. Le implicazioni della simulazione quantistica vanno dallo studio del trasporto e transizioni di fase in sistemi a stato solido, allo studio della dinamica del processo di fotosintesi, alla simulazione delle interazioni fra le particelle elementari. Utilizzando la tecnologia integrata sostiene Fabio Sciarrino del team di ricerca e docente di Informazione quantistica abbiamo molto recentemente studiato il moto di due particelle, bosoni o fermioni, in un reticolo: un fenomeno denominato 'quantum walk'. Questo è un primo passo verso scenari più complessi, il nostro obiettivo è quello di investigare entro pochi anni problemi che non siano simulabili con un computer di tipo classico. La ricerca è stata finanziata da un progetto nazionale Prin del ministero dell Istruzione, dell università e della ricerca (Circuiti integrati per l'informazione quantistica) e dal progetto europeo Quasar (Quantum states: analysis and realizations).

20 Tecnici.it- Quotidiano di informazione scientifica e tecnica Anno 6 n 328 del 08/04/2013 Verso il processore a fotoni per i computer del futuro Cnr, Sapienza e Politecnico di Milano hanno disegnato', grazie alla scrittura laser a impulsi ultrabrevi, un vero e proprio circuito ottico all'interno di un chip in vetro Di Olimpia Ogliari Pubblicato sul Canale INNOVAZIONE il 05 aprile 2013 Schema sperimentale per lo studio della localizzazione di Anderson su un circuito scritto nel vetro Rappresenta un primo passo verso il processore del futuro, che avrà capacità e velocità di calcolo inaccessibili ai computer classici, il risultato della collaborazione tutta italiana tra ricercatori del dipartimento di Fisica dell Università Sapienza di Roma, dell Istituto di fotonica e nanotecnologie del Consiglio nazionale delle ricerche (Ifn-Cnr) e del Politecnico di Milano. Lo studio, pubblicato sulle riviste Nature, Communications e Nature Photonics, ha portato alla realizzazione, in un chip di vetro di pochi centimetri, il più piccolo laboratorio in grado di simulare fenomeni fisici quantistici di particolare complessità. Il dispositivo utilizza i fotoni, cioè la luce, per trasmettere i dati e per metterlo a punto i ricercatori hanno disegnato, grazie alla tecnica di scrittura mediante laser a impulsi ultrabrevi, un vero e proprio circuito ottico all interno di un chip in vetro. Questa potente tecnologia ha spiegato Roberto Osellame dell Ifn-Cnr - consente di realizzare microprocessori fotonici con un elevato grado di integrazione e con architetture tridimensionali altamente innovative. I fotoni che si propagano attraverso tali circuiti realizzano molteplici interconnessioni, riuscendo a simulare e prevedere il comportamento di sistemi fisici molto più complessi.

21 Per simulare il comportamento di vari tipi di particelle, i ricercatori, insieme a un gruppo della Scuola normale superiore di Pisa, hanno costretto i fotoni a comportarsi, a seconda delle condizioni sperimentali, sia come bosoni (la classe a cui appartengono i fotoni) sia come fermioni (la classe di elettroni, protoni, neutroni). Questo esperimento ci dà la possibilità di comprendere il vero significato e il potenziale di un simulatore quantistico - ha commentato Paolo Mataloni del dipartimento di Fisica della Sapienza -. Non un vero computer quantistico, in grado di risolvere qualsiasi tipo di calcolo, per la cui realizzazione la strada è ancora lunga, ma piuttosto un sistema dedicato alla soluzione di problemi specifici legati a fenomeni fisici particolari, in accordo con l intuizione del premio Nobel Richard Feynmann, secondo il quale solo un sistema quantistico può simulare il comportamento di un altro sistema quantistico. Con il secondo esperimento, all'interno di un dispositivo detto tritter, tre fotoni identici realizzano la cosiddetta coalescenza bosonica, fenomeno quantistico che si verifica quando due o più fotoni indipendenti, incontrandosi, interferiscono e scelgono la stessa porta in uscita dal dispositivo. Il tritter potrebbe diventare il mattone elementare di complesse architetture di elementi ottici, vere e proprie reti di interferometri che si sviluppano sulle tre dimensioni dello spazio, finalizzate alla simulazione di fenomeni quantistici ancora più complessi -conclude Fabio Sciarrino, ricercatore presso il dipartimento di Fisica della Sapienza.