Teletrasportato lo stato di un fotone tra due punti quantistici distanti 270 metri

Il collegamento di 270 metri

Il collegamento univa due edifici dell'Università Sapienza di Roma, dove si sono svolti gli esperimenti di teletrasporto. L'Università di Paderborn ha fatto sapere che i suoi dottorandi e ricercatori post-dottorato hanno lavorato circa dieci anni alle misure ottiche, all'analisi dei dati e alla valutazione. Il gruppo del professor Klaus Jöns ha collaborato strettamente con una squadra guidata dal professor Rinaldo Trotta alla Sapienza. L'ateneo ha definito il risultato una tappa importante verso un internet quantistico.

Il gruppo ha teletrasportato lo stato di polarizzazione di un singolo fotone da un punto quantistico a un altro fisicamente separato. Il punto ricevente ha riprodotto la polarizzazione del primo fotone. I due punti erano emettitori distinti, non un'unica sorgente divisa in due. I risultati sono stati pubblicati su Nature Communications.

Perché contano emettitori separati

I sistemi entangled formati da più particelle quantistiche creano stati correlati tra le particelle. Secondo l'Università di Paderborn questo approccio è indispensabile per le applicazioni nella comunicazione sicura, nell'elaborazione dei dati e nel calcolo quantistico.

Jöns ha spiegato che gli esperimenti precedenti usavano fotoni provenienti da una sola e medesima sorgente. Servirsi di emettitori quantistici distinti per realizzare un ripetitore quantistico tra parti indipendenti era rimasto fuori portata, ha detto. Ha definito il teletrasporto riuscito tra due emettitori quantistici indipendenti un passo verso ripetitori quantistici scalabili e l'attuazione pratica di un internet quantistico.

Jöns ha aggiunto che l'esperimento dimostra come le sorgenti di luce quantistica basate su punti quantistici a semiconduttore possano diventare una tecnologia per le future reti di comunicazione quantistica.

Come ha funzionato l'esperimento

I punti quantistici sono stati realizzati con precisione all'Università Johannes Kepler di Linz. La nanofabbricazione dei risonatori è stata curata dai partner dell'Università di Würzburg. Gli esperimenti romani hanno usato una sincronizzazione assistita dal GPS, rivelatori di singoli fotoni ultraveloci e metodi di stabilizzazione per contrastare la turbolenza atmosferica.

La fedeltà dello stato teletrasportato, che misura quanto bene vengono conservati gli stati quantistici, ha raggiunto fino all'82 ± 1%. Il valore supera il limite classico di oltre 10 deviazioni standard.

Che cosa viene dopo

Il prossimo obiettivo è dimostrare lo scambio di entanglement tra due punti quantistici. Il gruppo sostiene che così nascerebbe il primo ripetitore quantistico basato su due sorgenti deterministiche di coppie di fotoni entangled. Le sorgenti deterministiche possono produrre singoli fotoni in modo affidabile quasi su richiesta, anche se svilupparle è stato finora una sfida notevole.

Circa dieci anni fa Jöns e Trotta avevano delineato un piano per usare i punti quantistici come sorgenti di coppie di fotoni entangled nei sistemi di comunicazione e di teletrasporto. Jöns ha detto che il risultato dimostra che la pianificazione a lungo termine ha dato i suoi frutti. Ha attribuito il merito a una combinazione di scienza dei materiali, nanofabbricazione e tecnologia quantistica ottica.