L’articolo scientifico “Enabling Deterministic Passive Quantum State Transfer with Giant Atoms”, condotto dal prof. Francesco Ciccarello e dal dott. Enrico Di Benedetto del Dipartimento di Fisica e Chimica “Emilio Segrè” (DiFC) dell’Università degli Studi di Palermo, in collaborazione con Oliver Diekmann, Zeyu Kuang, Stefan Rotter e Carlos Gonzalez-Ballestrero dell’Università Tecnica di Vienna (Austria), Nicholas Jungwirth e Peter Rabl del Walther-Meissner-Institut di Garching (Germania), Daniele De Bernardis del CNR-INO di Sesto Fiorentino (Italia) e Alejandro Gonzalez-Tudela dell’IFF-CSIC di Madrid (Spagna), è stato pubblicato sulla rivista “PRX Quantum”.

Lo studio analizza il problema del trasferimento dello stato quantistico tra due qubit accoppiati a una guida d’onda. Finora le tecniche proposte si sono affidate al controllo dinamico dell’accoppiamento, una soluzione molto efficiente ma estremamente complessa da realizzare in laboratorio. Il lavoro dimostra invece che l’impiego di “giant atoms” – sistemi quantistici artificiali che interagiscono con la luce in più punti distribuiti nello spazio anziché in un punto unico – permette di ottenere lo stesso risultato senza alcuna necessità di controllo temporale.

«L’accoppiamento di un sistema quantistico a più punti di un bagno unidimensionale permette di simulare l’interazione con ambienti complessi - spiega il dott. Di Benedetto, dottorando del DiFC - Nel nostro studio sfruttiamo questa opportunità per definire le condizioni esatte che l’accoppiamento deve soddisfare affinché il trasferimento perfetto di informazioni tra due qubit possa compiersi».

Oggi i grandi progressi tecnologici, in particolare nelle piattaforme a circuiti superconduttori, rendono relativamente semplice la realizzazione di giant atoms, a fronte di un controllo temporale dell’accoppiamento che resta invece difficile da implementare.

«Oltre alle promettenti applicazioni per l’elaborazione dell’informazione quantistica - conclude il prof. Ciccarello - questo schema segna una pietra miliare anche dal punto di vista concettuale, poiché dimostra per la prima volta che un fotone emesso da un emettitore quantistico può essere completamente riassorbito da un secondo emettitore, un processo impossibile con atomi che si accoppiano alla luce in un singolo punto».