Una nuova generazione di qubit molecolari basati sull’erbio, alla base dell’incontro tra quantistica e telecomunicazioni, introduce componenti capaci di operare alle stesse frequenze delle moderne reti in fibra ottica. La tecnologia, che promette di trasformare l’infrastruttura digitale globale, inaugura l’era delle comunicazioni quantistiche integrate.
La corsa verso un’infrastruttura di comunicazione capace di sostenere la futura era dell’internet quantistico ha ricevuto un impulso decisivo grazie allo sviluppo di qubit molecolari progettati per funzionare alle stesse frequenze utilizzate dalle attuali tecnologie di telecomunicazione. L'innovazione, frutto della collaborazione tra l’Università di Chicago, UC Berkeley ed i laboratori nazionali di Argonne e Lawrence Berkeley, introduce una piattaforma che permette alla fisica quantistica di dialogare direttamente con le reti ottiche già esistenti, un’opportunità concreta per creare sistemi quantistici pienamente compatibili con l’infrastruttura globale in fibra.
Il cuore di questo progresso è rappresentato dall’erbio, un elemento delle terre rare con caratteristiche ottiche e magnetiche particolarmente preziose per l’ingegneria quantistica. La sua capacità di interagire con la luce in maniera estremamente selettiva, mantenendo al contempo una forte connessione con i campi magnetici, consente di utilizzarlo come un collegamento naturale tra due domini fisici fondamentali: lo spin magnetico, che costituisce la base dei qubit solid-state, e le lunghezze d’onda utilizzate nella trasmissione ottica a lunga distanza. I ricercatori hanno evidenziato come questa doppia natura renda le molecole a base di erbio particolarmente adatte a trasformare informazione codificata in stati magnetici in segnali ottici, aprendo così la possibilità di integrare le funzioni quantistiche in sistemi di comunicazione già diffusi su scala planetaria. L’aspetto realmente rivoluzionario risiede nella compatibilità dei nuovi qubit molecolari con la banda delle telecomunicazioni, un risultato che consente di immaginare reti capaci di trasmettere informazioni quantistiche senza richiedere infrastrutture completamente nuove.
Una futura rete ibrida, in cui segnali quantistici viaggiano lungo le stesse fibre ottiche utilizzate per la comunicazione convenzionale, potrebbe garantire livelli di sicurezza irraggiungibili dalle tecnologie attuali, oltre a permettere l’interconnessione di computer quantistici distanti e la diffusione di sensori di precisione in grado di misurare grandezze fisiche con una sensibilità senza precedenti. La relazione tra luce e magnetismo, considerata da tempo una delle frontiere più affascinanti della ricerca quantistica, trova in queste molecole un terreno fertile. Lo spin, proprietà quantistica legata al magnetismo, può infatti essere manipolato con notevole precisione, mentre la lettura ottica consente di estrarre informazione con tecniche già consolidate nell’ingegneria fotonica. Tale combinazione permette di superare alcuni dei limiti strutturali dei sistemi quantistici allo stato solido, offrendo maggiore flessibilità e nuovi margini di progettazione. Le possibilità applicative di tali qubit molecolari non si limitano alle telecomunicazioni; infatti, la loro struttura compatta e la versatilità chimica li rendono candidati ideali per essere inseriti in ambienti non convenzionali, tra cui sistemi biologici in cui potrebbero misurare variazioni nanoscopiche di temperatura, pressione o campi magnetici.
Alcuni ricercatori coinvolti nel progetto hanno anche sottolineato come le proprietà delle terre rare abbiano permesso di ottenere capacità quantistiche difficilmente raggiungibili con materiali più tradizionali, mostrando che la chimica molecolare può diventare un potente strumento per modellare i comportamenti quantistici della materia.
In parallelo, la compatibilità con la fotonica al silicio apre la prospettiva di integrare direttamente questi qubit nei chip, il che rende possibile la creazione di dispositivi compatti per comunicazione, calcolo e rilevamento quantistico. La sinergia tra ottica quantistica e chimica sintetica ha svolto un ruolo fondamentale nello sviluppo di questa tecnologia, dimostrando come l’ingegneria molecolare possa superare i limiti tipici dei materiali allo stato solido e offrire una piattaforma adattabile a esigenze specifiche. Il progetto, che è solo l’inizio di una nuova fase nella manipolazione dei materiali quantistici, suggerisce che l’integrazione diretta tra qubit molecolari e infrastrutture di telecomunicazione può diventare uno dei punti cardine dell’internet quantistico del futuro.
