Scoperto e realizzato il teletrasporto quantistico su cavi in fibra: cos'è e come funziona

Con la sempre maggiore diffusione dei computer quantistici, sempre più performanti e soprattutto progressivamente più precisi nelle elaborazioni, è essenziale sviluppare infrastrutture di rete che siano in grado di sostenere il funzionamento e le comunicazioni tra questi sistemi. Il teletrasporto quantistico è un fenomeno affascinante della fisica quantistica che consente di trasferire lo stato quantistico di una particella (come un fotone o un atomo) su una particella lontana, senza che la particella fisica venga mai trasportata da un punto all’altro. Questo processo non implica il movimento materiale delle particelle, ma riguarda il trasferimento delle informazioni contenute nel loro stato quantistico.

I ricercatori della Northwestern University hanno raggiunto un’importante innovazione nel campo della comunicazione quantistica, riuscendo a trasmettere dati quantistici in parallelo con le comunicazioni “tradizionali” (in un altro articolo abbiamo visto le differenze tra bit e qubit), grazie all’identificazione di lunghezze d’onda specifiche con minima interferenza da parte dei segnali classici.

L’innovazione apre la strada all’integrazione della comunicazione quantistica sull’infrastruttura esistente, permettendo la trasmissione di dati quantistici insieme ai tradizionali dati classici. In un esperimento pionieristico, i ricercatori sono riusciti a realizzare il teletrasporto quantistico su un cavo in fibra ottica lungo 30,2 km, con il canale impegnato per circa 400 Gbps dalle comunicazioni basate su bit.

Funzionamento del teletrasporto quantistico

Il teletrasporto quantistico, limitato unicamente dalla velocità della luce, offre un modo ultra-rapido e sicuro per condividere informazioni tra utenti di rete distanti, senza necessità di trasmissione diretta. Questo processo si basa sull’entanglement quantistico, una tecnica in cui due particelle rimangono collegate indipendentemente dalla distanza che le separa. L’entanglement consente appunto di scambiare informazioni tra particelle entangled senza che queste viaggino fisicamente.

“Nelle comunicazioni ottiche, tutti i segnali sono convertiti in impulsi luminosi”, ha spiegato Prem Kumar, responsabile della ricerca. “Mentre i segnali convenzionali utilizzano milioni di particelle di luce, l’informazione quantistica usa singoli fotoni, che richiedono una gestione molto più precisa”.

Prima di questo studio, molti ricercatori dubitavano che il teletrasporto quantistico fosse possibile su cavi che trasportano comunicazioni classiche. I fotoni entangled rischiavano di essere sopraffatti dai milioni di altre particelle di luce. Kumar e il suo team hanno però trovato una soluzione, identificando una lunghezza d’onda meno affollata per posizionare i fotoni e aggiungendo filtri speciali per ridurre il rumore generato dal traffico Internet.

“Molti ricercatori hanno esplorato la coesistenza di comunicazioni quantistiche e classiche in fibra, ma questo lavoro è il primo a dimostrare il teletrasporto quantistico in questo scenario”, ha dichiarato Jordan Thomas, collaboratore di Kumar.

Il teletrasporto quantistico ha il potenziale per fornire connettività quantistica sicura tra nodi geograficamente distanti. Scegliendo le lunghezze d’onda in modo adeguato, non è necessario costruire nuove infrastrutture: le comunicazioni classiche e quelle quantistiche possono coesistere.