21 agosto 2013
Il fenomeno di teletrasporto dei qubit, i bit d’informazione quantistica, può essere prodotto con un
alto grado di affidabilità: lo dimostrano due studi indipendenti che rappresentano importanti
progressi per la realizzazione di una nuova generazione di reti telematiche ottiche su larga scala
(red)
lescienze.it
Disporre di apparati per il teletrasporto quantistico veramente affidabili sarà più facile d’ora in
poi, grazie a due lavori pubblicati sulla rivista Nature, che hanno aggirato con tecniche diverse
alcune delle limitazioni dei dispositivi sperimentali realizzati finora.
Il teletrasporto quantistico si basa sulla capacità di produrre e misurare l’entanglement, la
fantasmatica correlazione a distanza”, secondo la definizione di Albert Einstein, che s’instaura
tra gli stati quantistici di due particelle e che viene mantenuta anche quando esse vengono
allontanate a distanza arbitraria.
Il termine “teletrasporto”, mutuato dalla serie di fantascienza Star Trek, è motivato dal fatto che
se viene effettuata una misurazione su una delle due particelle, questa collassa su un ben
determinato stato quantistico facendo collassare istantaneamente anche l’altra particella, in
violazione di qualunque principio fisico sulla velocità della trasmissione di segnali.
Questo ambito della fisica quantistica s’intreccia con un altro, che riguarda la possibilità di
costruire computer quantistici codificando le unità d’informazione binaria, i bit, in stati
quantistici di fotoni o altre particelle (tipicamente, si utilizza lo spin, che presentandosi
alternativamente negli stati su o giù per rappresentare gli 0 e gli 1 dell’informazione
binaria).
Una delle difficoltà principali è produrre entanglement e trasmettere qubit in modo deterministico:
nel caso dell’ottica quantistica a singolo fotone, campo in cui si sono concentrati molti sforzi di
ricerca, si è utilizzato spesso un processo che produce spontaneamente fotoni entangled solo nell’1
per cento dei casi, mentre i metodi di misurazione spesso non superano efficienze del 50 per cento.
Akira Furusawa e colleghi del dipartimento di fisica applicata della facoltà d’Ingegneria
dell’Università di Tokyo, autori del primo studio pubblicato da Nature, hanno sviluppato una
tecnica ibrida che prevede il teletrasporto quantistico di qubit in variabile continua di un
singolo fotone. Quello del teletrasporto in variabile continua è un recente ampliamento dei
risultati ottenuti nel campo del teletrasporto di variabili discrete al caso di stati quantistici
che vengono descritti da variabili che possono assumere valori all’interno di uno spettro continuo.
Il vantaggio è che utilizzando variabili continue, le sorgenti di entanglement e i protocolli di
misurazione affidabili sono già stati messi a punto in precedenti studi: il sistema di Furusawa e
colleghi ha infatti dimostrato di poter raggiungere un’affidabilità superiore al limite classico per
il teletrasporto, compiendo così un notevole passo in avanti verso lo sviluppo di reti quantistiche
ottiche su larga scala.
Nel secondo studio, Andreas Wallraff e colleghi del Dipartimento di fisica del Politecnico di Zurigo
dimostrano il teletrasporto quantistico di qubit associati a un circuito superconduttore, di
dimensioni dell’ordine dei 100 micron, realizzato su un chip e mantenuto alla temperatura di qualche
millesimo di grado sopra lo zero assoluto. I qubit in questo caso sono costituiti dalle minuscole
correnti che circolano nel circuito, che si comportano seguendo le leggi della meccanica
quantistica. Gli autori sono riusciti a teletrasportare i qubit tra due sistemi separati da sei
millimetri a un tasso di circa 10.000 volte al secondo, superando così in prestazioni altre
realizzazioni simili. Il risultato rappresenta un notevole progresso per la realizzazione di di
comunicazioni quantistiche nel dominio di frequenze delle microonde.
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