Distanza da record per le memorie quantistiche. Ricercatori cinesi sono riusciti a mettere in entanglement due gas di atomi ultrafreddi collegati da un cavo in fibra ottica lungo 50 chilometri. È un importante passo in avanti per realizzare reti che collegano memorie quantistiche a distanza, il primo abbozzo di un’internet superveloce e a prova di hacker.
Cinquanta chilometri: è questo il record di distanza per l’entanglement di memorie quantistiche su un cavo a fibra ottica, cioè circa 40 volte il primato precedente. Lo ha stabilito un gruppo di ricerca dell’University of Science and Technology of China a Hefei guidato da Jian-Wei Pan, che firma un articolo su “Nature”. Il risultato permette di compiere un significativo passo in avanti verso la realizzazione di un’internet quantistica, superveloce e soprattutto supersicura.
Alla base del risultato c’è un peculiare fenomeno della meccanica quantistica: l’entanglement. Questo fenomeno si basa sul fatto che due particelle possono essere preparate in modo che tra i loro stati quantistici venga stabilita una stretta correlazione che si mantiene anche se le due particelle sono separate l’una dall’altra, non importa quanto. Dal punto di vista sperimentale, se si effettua una misurazione su una delle due particelle così preparate, il suo stato quantistico collassa immediatamente su un certo valore e in più questa azione fa istantaneamente collassare anche lo stato dell’altra particella della coppia, fornendo così un valore correlato a quello della prima particella su cui è stata effettuata la misurazione.
La ricerca sull’entanglement s’intreccia con quella sui computer quantistici. In queste macchine futuristiche, invece dei bit dei computer tradizionali, che possono assumere due soli stati (0 oppure 1), si impiegano i cosiddetti qubit, codificati tramite gli stati quantistici di particelle elementari, per esempio: questi stati possono trovarsi anche in uno stato di sovrapposizione, ovvero possono trovarsi in più stati diversi contemporaneamente, espandendo in modo quasi inimmaginabile la potenza di calcolo automatico.
Due qubit possono poi essere messi in comunicazione tra loro tramite l’entanglement, realizzando idealmente reti che possono servire da base per una futura Internet quantistica, che offre anche il vantaggio di poter essere criptata in modo praticamente inattaccabile.
Ora, se si considerano singoli fotoni, l’entaglement può essere mantenuto anche a lunghe distanze: il primato attuale è di oltre 1000 chilometri. Se però si usano sistemi formati da molte particelle, in modo da poter realizzare memorie quantistiche più consistenti, si arriva al massimo a 1,3 chilometri, per effetto della fragilità degli stati quantistici.
Jian-Wei Pan e colleghi hanno ora polverizzato questo record usando come memorie quantistiche due nubi composte da atomi di rubidio ultrafreddi. Le due nubi sono state confinate in due camere a vuoto in due diversi edifici distanti tra loro 22 chilometri. I ricercatori hanno fatto in modo che lo stato quantistico di ciascun sistema entrasse in entanglement con un solo fotone e hanno poi inviato i due fotoni lungo cavi a fibra ottica che correvano nel sottosuolo.
Con un’opportuna misurazione effettuata sui due fotoni, le corrispondenti memorie quantistiche sono state poste a loro volta in entanglement tra loro. In una versione dell’esperimento leggermente diversa, le due memorie sono state messe in entanglement tra loro lungo una bobina di fibra ottica, per una lunghezza complessiva di 50 chilometri.
Gli autori hanno sottolineato che i fotoni inviati nei cavi avevano una frequenza tipica delle attuali telecomunicazioni. Questo dato, insieme alle distanze raggiunte, fa ben sperare di essere sulla strada giusta per future applicazioni pratiche.
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