Coerenza quantistica e informazione quantistica in dispositivi Josephson

Progetto: Research project

Dettagli progetto

Description

I sistemi multipartiti preparati in uno stato entangled mostrano correlazioni quantistiche cioè correlazioni che non possono essere descritte facendo ricorso a teorie statistiche classiche.Se tuttavia un sistema multipartito è in una mistura entangled possono esistere correlazioni compatibili con l'assenza di effetti di interferenza quantistica.Pertanto, portare alla luce caratteristiche non classiche del sistema così come proteggere le coerenze quantistiche da effetti di decoerenza e dissipazione indotti dall'interazione con l'ambiente esterno è sicuramente un aspetto cruciale nelle ricerche sui fondamenti della meccanica quantistica e nell'ambito di ricerche a carattere applicativo (ad esempio nel contesto della computazione e della teoria della informazione quantistica) che coinvolgono nanodispositivi a stato solido.I recenti progressi nelle tecniche litografiche consentono di realizzare reti di giunzioni Josephson aventi topologie complesse e dimensioni mesoscopiche scalabili.Tale circostanza, coniugata con la natura peculiare e le proprietà dinamiche caratterizzanti una giunzione tunnel Josephson, rende sicuramente realistico e stimolante un progetto di ricerca mirato all'analisi di circuiti quantistici macroscopici contenenti un numero di giunzioni Josephson che può variare da poche unità a migliaia di unità.Il nostro progetto si propone di portare alla luce effetti non classici nella dinamica di tali strutture complesse. Più in dettaglio il nostro primo obiettivo è quello di trovare un modo efficace per quantificare l'entanglement posseduto da tali sistemi multipartiti soprattutto quando essi si trovano in uno stato misto. Successivamente si cercherà di mettere in relazione l'esistenza di entanglement con la comparsa di correlazioni quantistiche nella dinamica del sistema. L'obiettivo finale consiste nel progettare schemi sperimentali realistici per la realizzazione e la lettura di correlazioni quantistiche controllabili nella dinamica del sistema, tenendo in conto fin dall'inizio della presenza di perdite. Complessivamente l'analisi che intendiamo sviluppare è volta alla determinazione di una definizione operativa chiara di regime quantistico di un circuito macroscopico che potrebbe a sua volta fornire elementi utili per l'individuazione del confine fra comportamento classico e quantistico di reti di dispositivi Josephson.

Layman's description

Nell'ultimo ventennio l'attività scientifica del nostro gruppo ha riguardato principalmente il problema fondamentale e controverso dell'analisi di effetti non classici invari contesti fisici quali ad esempio l'elettrodinamica quantistica in cavità o i dispositivi Josephson esposti all'azione di campi elettromagnetici quantizzati.Riconoscere la natura quantistica nel comportamento fisico di un sistema aperto multipartito, è indubbiamente una sfida di grande attualità ed interesse sia per i teorici che per gli sperimentali.Riuscire a quantificare il grado di entanglement presente in un sistema multipartito in termini di strumenti matematicamente semplici da usare e di chiaro significato fisico e al tempo stesso classificare come classica o quantistica la natura delle correlazioni che nascono fra sottosistemi entangled di un sistema bipartito rappresentano ancora oggi problemi aperti che calamitano l'attenzione di numerosi scienziati. In letteratura tuttavia sono poche le proposte di schemi sperimentalimirati alla misura di osservabili fisiche che possano rivelare e quantificare il grado di entanglement presente in tali sistemi. Inoltre tali schemi per semplicità spesso trascurano l'ulteriore complicazione rappresentata dall'inevitabile perdita di coerenza quantistica dovuta all'interazione fra il sistema e l'ambiente esterno.Nell'ambito di questo progetto intendiamo trarre vantaggio dalle nostre competenze per analizzare le proprietà di sistemi superconduttivi omogenei e ibridi (vale a dire charge e/o flux qubit in cavità ad alto Q) allo scopo di portare alla luce e sfruttare appropriatamente le potenzialità di tali sistemi sia per ricerche di tipo fondamentale che a carattere più strettamente applicativo.Più in dettaglio, ci proponiamo di studiare la possibilità di controllare e manipolare le proprietà dinamiche di tali sistemi quando essi interagiscono con un singolo modo del campo di radiazione di cavità o con altri sistemi fisici (oscillatori LC, qubit Josephson ausiliari ecc) che giocano spesso il ruolo chiave di mediatori modulabili di entanglement o data bus.L'analisi che intendiamo svolgere, sviluppata in uno scenario fisico che può raggiungere anche consistenza mesoscopica o macroscopica certamente favorirà l'avvio di una comprensione più profonda di aspetti controintuitivi di fenomeni quali l'interferenza quantistica, l'entanglement e la diseguaglianza di Bell. Inoltre, tale investigazione può anche consentire di evidenziare elementi utili alla individuazione del confine fra comportamento classico e quantistico di tali sistemi.Un valore aggiunto della ricerca che si vuole sviluppare è inoltre rappresentato dalle ricadute applicative che tali studi possono avere nell'ambito della computazione e della comunicazione quantistica.Come accennato in precedenza, un aspetto specifico del presente progetto riguarda la possibilità di contribuire alla comprensione del crossover fra regime classico e quantistico nei sistemi Josephson. A tal fine ci proponiamo di individuare quali correlazioni fra variabili dinamiche fisicamente trasparenti possano rivelare senza ambiguità la natura quantistica del comportamento del sistema.Un aspetto sul quale vogliamo indagare è inoltre la possibilità di sfruttare il campo elettromagnetico quantizzato, opportunamente preparato, come strumento per la rilevazione di manifestazioni non classiche nella dinamica dei dispositivi Josephson. È importante comunque sottolineare che i sistemi fisici di interazioneradiazione-materia sui quali vogliamo concentrare la nostra attenzione sono interessanti di per sè perch

Key findings

Altro
StatoFinito
Data di inizio/fine effettiva3/22/103/21/12