Un nuovo record verso le tecnologie quantistiche è stato realizzato da un gruppo di ricercatori della University of Bristol e della Technical University of Denmark, che sono riusciti a teletrasportare informazioni quantistiche tra due processori separati fisicamente per la prima volta al mondo.
Le tecnologie che utilizzano le proprietà affascinanti e bizzarre della meccanica quantistica hanno fatto passi da gigante negli ultimi anni. Queste tecnologie, dai computer quantistici alla comunicazione quantistica, cambieranno il modo in cui comunichiamo tra di noi e aumenteranno notevolmente la capacità di calcolo, con importanti benefici in termini di sostenibilità ambientale ed economica. Le proprietà quantistiche come la sovrapposizione di stati e il cosiddetto entanglement sono alla base di queste nuove tecnologie, che vengono studiate e ottimizzate in diversi laboratori in tutto il mondo con sistemi fisici molto diversi tra di loro: dai fotoni nell’ottica quantistica a ioni (atomi ionizzari) e circuiti superconduttori.
Un nuovo record: il teletrasporto di informazioni quantistiche
Il teletrasporto di informazioni quantistiche tra due processori fisicamente separati è diventato realtà grazie all’entanglement. Ma cos’è esattamente questa proprietà quantistica? L’entanglement rappresenta un’inseparabilità tra le parti di un sistema: ad esempio due particelle, come due fotoni, che nascono insieme e rimangono in uno stato comune, descritto da ciò che nella meccanica quantistica viene chiamata la funzione d’onda del sistema.
La funzione d’onda descrive un sistema che di solito si trova in una sovrapposizione di stati, il che significa che allo stesso tempo il sistema può essere in diverse posizioni (o avere diversi altre proprietà quantistiche, come lo spin) simultaneamente, il che è possibile solo per i sistemi quantistici e non quelli descritti dalla fisica classica. Quando viene effettuata una misurazione, cioè osserviamo il sistema, la funzione d’onda che lo descrive collassa in un singolo stato, entrambi i fotoni nell’esempio che facciamo, collassano istantaneamente in uno degli stati consentiti. Ciò significa che se misuriamo uno dei due fotoni nell’entanglement anche l’altro, che in realtà non osserviamo, collasserà nello stato entangled col primo fotone. Questa proprietà è la base del teletrasporto quantistico, che non ha nulla a che vedere con il teletrasporto nella letteratura science-fiction. Il teletrasporto quantistico è solo un trasferimento di informazioni, e non implica una forma di trasporto della materia. È un modo per trasferire un bit quantistico, ovvero un qubit, da un posto a un altro senza trasportare una particella fisica.
I ricercatori inglesi e danesi sono riusciti a teletrasportare informazioni quantistiche tra due microchip di silicio. I risultati di questo studio pionieristico sono stati recentemente pubblicati in un articolo su Nature Physics, in cui i ricercatori hanno presentato vari studi condotti sui due microchip, dimostrando una fedeltà del teletrasporto di circa il 91%, il che significa che nel 91% dei casi l’informazione è stata teletrasportata correttamente. Da un punto di vista tecnico, i ricercatori hanno utilizzato array di risonatori a microring, integrati con circuiti di ottica lineare che riescono a elaborare i qubit in modo molto fedele.
Gli autori dello studio sostengono che il risultato raggiunto è estremamente importante, ponendo le basi delle tecnologie quantistiche CMOS per la comunicazione quantistica e l’elaborazione delle informazioni con procedure quantistiche su basi più solidi. Siamo quindi nel bel mezzo di una rivoluzione quantistica, che potrebbe essere utilizzata per risolvere problemi estremamente complessi, come lo studio delle proteine o del cervello, che oggi sono troppo complessi anche per i supercomputer esistenti, ma anche per una rete di comunicazione quantistica sicura in cui gli hacker non possono più “rubare” informazioni o attaccare reti e computer.
Per approfondire:
Daniel Llewellyn et al. Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon, Nature Physics (2019). DOI: 10.1038/s41567-019-0727-x.
Chip-to-chip quantum teleportation and multi-photon entanglement in silicon
Facebook Comments