Internet del Futuro: Nuovo record di interlacciamento di memorie quantistiche

La comunicazione quantistica si basa sullo strano fenomeno dell’Entanglement quantistico, che consente a due particelle di essere “quantitativamente” connesse anche se sono molto distanti. Indipendentemente dalla loro distanza, qualsiasi variazione in una di esse influirà immediatamente sull’altra.

Negli ultimi due decenni si sono registrati notevoli progressi nelle intrecci remoti, trasmettendo fotoni intrecciati da un nodo all’altro attraverso fibre ottiche o satelliti.

Nel 2017, gli scienziati cinesi sono riusciti a trasmetterli da un satellite a stazioni di terra separate per oltre 1.200 chilometri, ma si trattava di singole particelle, che non trasportano una grande quantità di informazioni o ne consentono la memorizzazione. Ciò richiede memorie quantistiche, costituite da milioni di atomi, che fino ad oggi erano state intrecciate con una fibra di poco più di un chilometro. L’interlacciamento su lunghe distanze è facile da perdere e, di conseguenza, da trasmettere.

Ma ora, un altro gruppo di ricerca dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina è riuscito a intrecciare memorie quantistiche a 50 chilometri di distanza, lontano dal precedente record di 1,3 chilometri. Lo studio è stato pubblicato questa settimana sulla rivista Nature.

“L’importanza di questo lavoro è che abbiamo esteso la distanza dei ricordi intrecciati alle scale di una città, il che ci consentirà di costruire reti di memorie quantistiche nel prossimo futuro”, spiega uno degli autori, Xiao-Hui Bao.

Nuvole di cento milioni di atomi

I ricordi sono costituiti da nuvole di cento milioni di atomi di rubidio raffreddati dal laser. Per raggiungere la loro connessione, ciascuno di essi è stato prima intrecciato con un fotone attraverso un effetto quantico chiamato “miglioramento della cavità”, che riduce la perdita di accoppiamento dei fotoni durante la trasmissione.

“Il miglioramento della cavità è una tecnica per aumentare l’interazione tra il fotone e la memoria quantistica, che ci consente di estrarre i singoli fotoni e rilevare gli stati atomici in modo efficiente”, afferma Bao. Quindi, i fotoni viaggiano attraverso la fibra e, quando registrati con la cosiddetta misurazione di Bell, le memorie si intrecciano.

In questo modo i ricercatori hanno intrecciato le due memorie quantistiche che, sebbene fisicamente fossero a poco più di mezzo metro di distanza in laboratorio, i fotoni hanno viaggiato lungo il cavo in fibra ottica di 50 chilometri. Hanno anche ripetuto con successo l’esperimento attraverso un simile cavo sotterraneo in città, ma questa volta di 22 chilometri.

Creare un ripetitore quantistico

L’entanglement tra atomi e fotoni lo ha reso una frequenza adatta per le telecomunicazioni. L’obiettivo finale dello studio è quello di creare un ripetitore quantistico in grado di ricevere e trasmettere informazioni a grandi distanze, qualcosa di essenziale per la futura Internet quantistica.

“Questa Internet quantistica con processori remoti collegati consentirà molte applicazioni, come il calcolo quantistico distribuito (di rete), ma il raggiungimento di esso dipende dall’intreccio delle memorie quantistiche remote”, sottolineano gli autori.

Secondo i ricercatori, questi risultati mostrano che, rispetto a ciò che i fotoni forniscono individualmente, l’entanglement atomo-fotone su una serie di nodi potrebbe essere più adatto per la trasmissione a lunga distanza dell’entanglement quantico, che nel prossimo futuro potremmo avere nelle nostre città.