Un nuovo approccio fotonico alla manipolazione della casualità nei computer quantistici

Generare sequenze di numeri casuali è essenziale per molte applicazioni, che spaziano dalle simulazioni numeriche alle comunicazioni crittografate. Un modello particolarmente utile è quello della cosiddetta "Bernoulli factory", che consente di trasformare le proprietà di una sequenza casuale per renderla adatta alla specifica applicazione.

L'indeterminazione intrinseca nella meccanica quantistica può essere un ingrediente chiave per generare numeri che siano genuinamente casuali, e alcuni recenti lavori teorici hanno proposto come estendere il concetto di "Bernoulli factory" al regime quantistico dei “qubit”.

Un gruppo di ricercatori di diversi istituti, tra cui Politecnico di Milano, IFN-CNR, Sapienza Università di Roma e International Iberian Nanotechnology Labs (INL), ha ora sviluppato nuove configurazioni per la manipolazione di variabili casuali in computer quantistici basati sui fotoni. I risultati sono stati recentemente pubblicati su Nature Photonics.

Gli autori hanno realizzato la "fabbrica di casualità" in un processore fotonico integrato. Programmando adeguatamente il processore e iniettandovi singoli fotoni, è possibile far evolvere la dinamica dei fotoni, e l'informazione quantistica che essi trasportano, nel modo desiderato. A causa del comportamento statistico che caratterizza questi stati quantistici dei fotoni, è possibile generare risultati distribuiti casualmente, in modo più efficace di quanto possa fare un computer classico.

F. Hoch, et al., “Modular quantum-to-quantum Bernoulli factory in an integrated photonic processor” Nature Photonics (2024).