Un’importante svolta nel campo della fisica quantistica è stata raggiunta dai ricercatori dell’Università di Turku in Finlandia e dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina a Hefei. Il team ha realizzato un teletrasporto quantistico quasi perfetto, nonostante la presenza di rumore, un ostacolo che solitamente interrompe il trasferimento dello stato quantistico.
Cos’è il teletrasporto quantistico?
Il teletrasporto quantistico è un processo teorico che permette di trasferire lo stato quantistico di una particella, o qubit, da un luogo all’altro senza inviare la particella stessa. In altre parole, immagina di poter copiare istantaneamente le proprietà di un oggetto quantistico, come la sua posizione o il suo spin, in un’altra posizione, senza doverlo spostare fisicamente.
Per fare questo, il teletrasporto quantistico sfrutta due fenomeni quantistici fondamentali: l’entanglement e la sovrapposizione.
Entanglement: due o più qubit vengono collegati in modo tale da condividere lo stesso destino. Questo significa che se si misura lo stato di uno dei qubit, si conosce istantaneamente lo stato degli altri qubit entangled, indipendentemente dalla distanza che li separa.
Sovrapposizione: un qubit può trovarsi in una combinazione di stati allo stesso tempo, rappresentati da 0 e 1. Solo quando viene misurato, il qubit collassa in uno stato definito, 0 o 1.
Il teletrasporto quantistico si svolge in tre fasi:
Preparazione: si creano due coppie di qubit entangled. una coppia viene utilizzata come sorgente (il qubit da teletrasportare) e l’altra come destinazione.
Misurazione: si misura lo stato del qubit da teletrasportare e della prima metà del qubit sorgente entangled.
Comunicazione classica: l’informazione ottenuta dalla misurazione viene inviata al luogo di destinazione tramite un canale di comunicazione classico (non quantistico).
Manipolazione: utilizzando l’informazione ricevuta e la seconda metà del qubit sorgente entangled, si manipola il qubit di destinazione per copiargli lo stato del qubit da teletrasportare.
In teoria, il teletrasporto quantistico può essere eseguito con perfetta fedeltà, trasferendo lo stato del qubit con assoluta precisione. Nella realtà, tuttavia, è un processo complesso e delicato che richiede sistemi quantistici altamente controllati e resistenti al rumore.
Progressi nel teletrasporto quantistico resiliente al rumore
I ricercatori dell’Università di Turku, in Finlandia, e dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, Hefei, hanno ora proposto un’idea teorica e condotto esperimenti corrispondenti per superare questo problema. In altre parole, il nuovo approccio consente di raggiungere un teletrasporto di alta qualità nonostante la presenza di rumore.
il professor Jyrki Piilo dell’Università di Turku ha dichiarato: “Il lavoro si basa sull’idea di distribuire l’entanglement – prima di eseguire il protocollo di teletrasporto – oltre i qubit utilizzati, cioè di sfruttare l’entanglement ibrido tra diversi gradi di libertà fisica”.
Convenzionalmente, la polarizzazione dei fotoni è stata utilizzata per l’entanglement dei qubit nel teletrasporto, mentre l’approccio attuale sfrutta l’entanglement ibrido tra la polarizzazione e la frequenza dei fotoni.
Piilo ha spiegato: “Questo 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”.
Con l’entanglement convenzionale dei qubit in presenza di rumore, il protocollo di teletrasporto non funziona. Nel caso in cui inizialmente vi sia un entanglement ibrido e nessun rumore, neanche il teletrasporto funziona.
Il dott. Olli Siltanen, la cui tesi di dottorato ha presentato la parte teorica della ricerca attuale, ha aggiunto: “Tuttavia, quando abbiamo un entanglement ibrido e aggiungiamo rumore, il teletrasporto e il trasferimento dello stato quantistico avvengono in modo quasi perfetto”.
Teletrasporto quantistico: implicazioni della ricerca
In generale, la scoperta consente un teletrasporto quasi ideale nonostante la presenza di un certo tipo di rumore quando si utilizzano i fotoni per il teletrasporto.
Il dott. Zhao-Di Liu dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina, Hefei, ha dichiarato: “Anche se nel nostro laboratorio abbiamo condotto numerosi esperimenti su diversi aspetti della fisica quantistica con i fotoni, è stato molto emozionante e gratificante vedere completato con successo questo esperimento di teletrasporto quantistico molto impegnativo”.
Il professor Chuan-Feng Li ha aggiunto: “Si tratta di un significativo esperimento di prova di principio nel contesto di uno dei più importanti protocolli quantistici”
Il teletrasporto quantistico ha applicazioni importanti, ad esempio, nella trasmissione di informazioni quantistiche, ed è della massima importanza disporre di approcci che proteggano questa trasmissione dal rumore e possano essere utilizzati per altre applicazioni quantistiche.
I risultati dello studio, pubblicati sulla rivista Science Advances, possono essere considerati una ricerca di base che riveste un’importanza fondamentale significativa e apre percorsi interessanti per il lavoro futuro per estendere l’approccio a tipi generali di fonti di rumore e altri protocolli quantistici.
