Un team di scienziati in Cina ha collegato le memorie quantistiche su oltre 50 chilometri di cavo in fibra ottica, battendo il record precedente di oltre 40 volte. Questa impresa è un passo importante verso una rete a prova di hack, hanno detto gli scienziati.
Internet che usiamo oggi è stata davvero un'invenzione rivoluzionaria. Ha collegato il mondo con le informazioni e ci ha permesso di condividere milioni di foto di gatti teneri e coccolosi. Ma Internet è anche pieno di hacker che cercano di intercettare informazioni importanti o sensibili. Per reagire, i fisici hanno trovato una soluzione, con un piccolo aiuto dal gatto di Schrödinger, il famoso, ipotetico felino vivo e mortale che intendeva esporre la strana natura delle particelle subatomiche.
La soluzione proposta è una nuova Internet governata dal bizzarro mondo della meccanica quantistica. Una tale rete un giorno potrebbe diventare lo standard per l'invio, la ricezione e la memorizzazione in sicurezza dei dati.
Nel mondo dell'informatica classica, l'informazione è rappresentata da bit con valori di 0 o 1. Un internet quantico, come un computer quantistico, trarrebbe vantaggio da una delle proprietà fondamentali della meccanica quantistica, il principio di sovrapposizione. Questo principio è notoriamente descritto usando il paradosso del fisico Erwin Schrödinger di un gatto in una scatola che è allo stesso tempo morto e vivo allo stesso tempo. I computer quantistici usano bit quantici, o "qubit", che possono esistere in uno stato di sovrapposizione in cui hanno un valore di 1 e 0 contemporaneamente. Un qubit esiste in questo stato di incertezza fino a quando non viene misurato da un osservatore, facendo crollare il qubit in uno stato definito di 0 o 1.
Se si accoppiano due o più qubit insieme, si impigliano. L'entanglement quantistico è la connessione eterea tra due o più particelle in modo tale che qualsiasi azione eseguita su una influisca istantaneamente sulle altre, indipendentemente da quanto siano distanti. Albert Einstein ha definito questo fenomeno "azione spettrale a distanza". La vera magia di una rete quantistica inizierebbe quando le informazioni vengono inviate usando particelle intrecciate, chiamate anche teletrasporto quantico.
"Il teletrasporto quantistico è un modo per trasferire uno stato quantico sconosciuto da una particella a un'altra in una posizione distante, senza inviare la particella originale stessa", Jian-Wei Pan, professore di fisica all'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina a Hefei e coautore dello studio, ha dichiarato in un'intervista alla National Science Review.
Poiché i qubit intrecciati non sono collegati fisicamente in alcuna forma o forma, l'intercettazione delle comunicazioni tra loro è impossibile.
Pan e il suo team hanno già dimostrato l'intrappolamento di particelle di luce, o fotoni, su lunghe distanze attraverso lo spazio vuoto. Nel 2017, il suo team ha impigliato due fotoni separati da 746 miglia (1.200 km) usando un relè satellitare orbitante attorno alla Terra chiamato Micius.
In pratica, l'entanglement è un affare schizzinoso. Il più piccolo dei disturbi, come un cambiamento di temperatura o vibrazione, può spezzare il legame tra particelle aggrovigliate, collassando il loro stato condiviso. Per realizzare una vera Internet quantistica, i fisici dovranno richiedere l'aiuto delle cosiddette memorie quantistiche.
"La memoria quantistica è un dispositivo che memorizza informazioni quantistiche. Ha bisogno di memorizzare la sovrapposizione di due stati", ha detto Xiao-Hui Bao, professore di fisica all'università di scienza e tecnologia della Cina a Hefei e coautore dello studio Scienza dal vivo.
Ricordi quantistici
Nello studio, pubblicato il 12 febbraio sulla rivista Nature, Pan e i suoi colleghi sono riusciti a intrecciare memorie quantistiche su 50 km di cavo in fibra ottica. Il precedente record di separazione tra memorie era di 1,3 miglia (0,8 miglia).
Nell'esperimento del nuovo studio, la memoria quantistica è un insieme di atomi di rubidio raffreddati a laser intrappolati nel vuoto, ha detto Bao. Il team ha usato i fotoni per leggere e scrivere sulla nuvola di 100 milioni di atomi intrappolati. I fotoni sono stati usati sia per eccitare gli atomi in uno stato di energia superiore, stabilendo i qubit che i ricercatori desideravano intrappolare, sia per produrre un fotone impigliato da inviare nel cavo ottico. I ricercatori dovevano quindi modificare la frequenza del fotone in modo che non si perdesse nei 50 km di cavo a fibre ottiche arrotolati nel loro laboratorio. Infine, il fotone potrebbe essere inviato nel suo viaggio attraverso il cavo per aggrovigliare con successo la seconda memoria quantistica.
Sebbene l'entanglement quantistico tra le memorie sia stato raggiunto, il team deve ancora eseguire il teletrasporto quantico delle informazioni tra i due nodi. I ricercatori hanno affermato di sperare che questo lavoro spianerà la strada alla creazione di una rete di stazioni di relè quantistiche che estenderebbero la comunicazione intrecciata a distanze più lunghe, portando infine a una rete quantistica su larga scala.
