In molte tecnologie quantistiche, due cose funzionano l’una contro l’altra: l’entanglement quantistico e la decoerenza. Immagina che siano come forze opposte. Il teletrasporto quantistico di solito si basa su coppie di particelle perfettamente connesse (qubit entangled), ma è facilmente confuso dalla decoerenza, che interrompe tali connessioni.
Teletrasporto quantistico quasi perfetto
I ricercatori dell’Università di Turku, in Finlandia, e dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, Hefei, hanno proposto una soluzione unica per superare questo problema.
Il nuovo metodo consente il teletrasporto quantistico di alta qualità anche in ambienti rumorosi: “Il lavoro si basa sull’idea di distribuire l’entanglement – prima di eseguire il protocollo di teletrasporto – oltre i qubit utilizzati, sfruttando cioè l’entanglement ibrido tra diversi gradi di libertà fisica”, ha affermato Jyrki Piilo, professore all’Università di Turku, in una dichiarazione .
I dettagli della ricerca del team sono stati pubblicati sulla rivista Science Advances.
Una particella quantistica, o qubit , può essere teletrasportata spostando il suo stato da un luogo a un altro senza effettivamente trasmettere la particella. Per questa trasmissione sono necessarie risorse quantistiche, come l’entanglement tra una coppia extra di qubit.
In uno scenario ideale, lo stato del qubit può essere perfettamente trasferito e teletrasportato. Tuttavia, la qualità del teletrasporto è limitata e diminuita dal rumore e dalle interruzioni a cui sono suscettibili i sistemi del mondo reale.
Tradizionalmente, la polarizzazione dei fotoni è stata impiegata per intrecciare i qubit nel teletrasporto, ma il metodo attuale sfrutta l’entanglement ibrido risultante dalla combinazione di frequenza dei fotoni e polarizzazione.
“Ciò consente un cambiamento significativo nel modo in cui il rumore influenza il protocollo e, di fatto, la nostra scoperta inverte il ruolo del rumore da dannoso a benefico per il teletrasporto quantistico”, ha affermato Piilo.
Il protocollo di teletrasporto quantistico fallisce di fronte al rumore con il tipico entanglement dei qubit e nello scenario in cui sono inizialmente presenti entanglement ibrido e silenzio.
“Quando abbiamo un entanglement ibrido e aggiungiamo rumore, il teletrasporto e il trasferimento dello stato quantico avvengono in modo quasi perfetto”, ha detto Olli Siltanen, la cui tesi di dottorato ha presentato la parte teorica della ricerca attuale.
Il team sostiene che la scoperta consente un teletrasporto quasi perfetto anche in presenza di tipi specifici di rumore quando si impiegano i fotoni.
Nel loro laboratorio, i ricercatori hanno condotto numerosi esperimenti esplorando vari aspetti della fisica quantistica utilizzando i fotoni. Tuttavia, sottolineano che assistere al completamento con successo di questo esperimento di teletrasporto quantistico particolarmente impegnativo è stata per loro un’esperienza immensamente emozionante e gratificante.
“Si tratta di un significativo esperimento di prova di principio nel contesto di uno dei più importanti protocolli quantistici”, ha affermato Chuan-Feng Li, professore presso l’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, Hefei.
Gli usi del teletrasporto quantistico sono significativi, come il trasferimento di informazioni quantistiche, ed è fondamentale sviluppare metodi che proteggano questa trasmissione dal rumore e consentano più usi quantistici.
Le scoperte dello studio offrono spunti fondamentali con implicazioni significative, aprendo la strada a ulteriori esplorazioni per estendere la metodologia a diverse fonti di rumore e protocolli quantistici.
Che cos’è il teletrasporto quantistico?
La fisica che si occupa degli atomi e delle particelle subatomiche è conosciuta come fisica quantistica. I fisici studiano il comportamento fondamentale di queste particelle, che generalmente si comportano in modo diverso da quanto previsto dalla fisica classica. Nella fisica quantistica, la meccanica quantistica descrive come si comportano le particelle a livello quantistico e introduce i concetti di sovrapposizione, entanglement e stati quantistici, che sono vitali per la comprensione del teletrasporto quantistico.
La nostra comprensione del teletrasporto quantistico dipende dal teorema di non clonazione, che è fondamentale per la meccanica quantistica. Secondo questo teorema, nessuno stato quantistico può essere duplicato esattamente nella meccanica quantistica. Di conseguenza, non puoi semplicemente misurare lo stato di una particella e rianimarla in qualche altro posto.
Lo stato quantistico di una particella può essere trasmesso da un luogo a un altro senza spostare fisicamente la particella. Questo è noto come teletrasporto nella meccanica quantistica. La fantascienza descrive il teletrasporto come il trasporto istantaneo di oggetti, ma in realtà non funziona così.
L’entanglement gioca un ruolo cruciale nel teletrasporto quantistico. Ogni volta che due o più particelle si intrecciano, i loro stati non possono essere descritti indipendentemente l’uno dall’altro. Non importa quanto siano distanti le particelle, lo stato di una particella influenza istantaneamente lo stato dell’altra.
Nel teletrasporto, il quantistico è cruciale perché consente di trasmettere informazioni quantistiche senza violare le leggi quantistiche. Nel mondo reale, l’informatica quantistica, la comunicazione sicura e la crittografia ne traggono vantaggio. Avanzando nel decennio, lo sviluppo delle tecnologie quantistiche dipenderà in larga misura dal teletrasporto quantistico, un concetto fondamentale nella scienza dell’informazione quantistica.
Nel complesso, il teletrasporto quantistico non viaggia più veloce della luce ma si basa invece sul trasferimento istantaneo di informazioni attraverso l’entanglement. L’entanglement – come è già stato descritto sopra – implica una comunicazione istantanea. Nonostante l’entanglement quantistico sembri interagire istantaneamente, indipendentemente dalla distanza, è impossibile inviare dati utilizzando l’entanglement quantistico con l’attuale comprensione della meccanica quantistica.
Al momento non capiamo come ottenere il teletrasporto come rappresentato in programmi TV come Star Trek, nonostante la nostra comprensione della fisica. Il campo della fisica quantistica, tuttavia, ha visto alcuni sviluppi affascinanti negli ultimi anni che suggeriscono che in futuro potrebbe essere possibile un diverso tipo di teletrasporto.
Il teletrasporto richiederebbe la decostruzione del corpo fisico o dell’oggetto in un luogo, la trasmissione delle sue informazioni precise o “schema” alla destinazione, e quindi la ricostruzione utilizzando tali informazioni. Una persona o un oggetto verrebbero scansionati e codificati, trasmessi da questa grande quantità di informazioni e quindi ricreati a destinazione. Purtroppo, ci sono enormi sfide associate a tale processo e la tecnologia utilizzata è ben oltre ciò di cui siamo capaci ora.
Non è chiaro se il teletrasporto come modalità di viaggio diventerà mai una realtà nonostante i progressi scientifici che abbiamo raggiunto. Oltre alla complessità della scansione, della codifica e della trasmissione di grandi quantità di informazioni, il concetto deve affrontare numerosi ostacoli tecnologici e teorici, oltre a preservare la coscienza e l’identità durante il processo.
