Teletrasporto quantistico: entanglement di fotoni su reti in fibra ottica riuscito

Due gruppi di ricerca sono riusciti a realizzare il primo passo per la realizzazione di reti telematiche quantistiche: un teletrasporto quantistico.

Il tutto sfruttando l’entanglement di fotoni su reti in fibra ottica nella città di Hefei, in Cina, e e di Calgary, in Canada.

Ma cos’è l’entanglement?

Il fenomeno dell’Entanglement, termine traducibile con qualcosa del tipo “intreccio-non-separabile” (ma che sta tra l’altro anche a significare “situazione imbarazzante”), è un fenomeno quantistico in cui lo stato quantico di due oggetti, risulta strettamente dipendente l’uno dall’altro, anche se questi oggetti sono separati spazialmente.

Mi spiego meglio.

L’esempio classico usato per descrivere questo strano fenomeno, è un sistema costituito da due particelle (tipicamente due elettroni appartenenti allo strato più esterno di un atomo o di una molecola), che hanno la caratteristica di mantenere sempre i loro spin in direzione opposta. Immaginate l’atomo ed il suo nucleo, ed immaginate che la zona attorno a quest’ultimo non possa contenere che al massimo due elettroni. Per di più le particelle, per condividere questo spazio, hanno bisogno di girare in versi complementari (una deve girare in un senso [spin-su], l’altra deve girare in modo opposto [spin-giù]).

Il fenomeno della non-località, l’entanglement, è qualcosa di a dir poco bizzarro, tanto che lo stesso Einstein rifiutò di accettarlo.

Esso è un fenomeno per cui in determinate condizioni, lo stato quantico di un sistema (la coppia formata ad esempio dalle due particelle), non può essere descritto singolarmente. Piuttosto, la misura di un’osservabile di uno (es: lo spin), determina istantaneamente il valore anche per gli altri.

In presenza di entanglement quindi, qualunque sia il valore dello spin assunto da una delle due particelle, il corrispondente valore assunto dall’altra particella è sicuramente opposto al primo!

In soldoni, la teoria delle particelle entangled è semplice (eh, esagero nell’affermarlo, vero?): ho due elettroni, con spin opposto; per il teorema della conservazione del momento angolare, questi due elettroni continueranno ad avere spin opposto, anche se portati a una distanza elevata tra loro.
Le particelle, restano intrinsecamente collegate, in modo tale che le azioni o misure eseguite su una di esse abbiano effetto istantaneo sulle altre.
Ciò che però ha questo fatto di sconvolgente, è che se anche le particelle sono state separate e poste a distanza inimmaginabili, la cosa resta in piedi.
Misuro lo spin di una particella ad un milione di KM dall’altra?
BAM! Lo spin dell’altra è misurabile, e sarà esattamente l’opposto, al fine di mantenere lo stato del sistema “coerente”.

Incredibile, non credete?

L’idea, nel caso delle telecomunicazioni, è dunque usare come supporto fisico dei bit, le unità d’informazione binaria, non più un interruttore elettrico a due stati (“acceso” e spento”, corrispondenti a 0 e 1) ma atomi o particelle, e i loro stati quantistici, che possono assumere un maggior numero di configurazioni, codificando qubit, o bit d’informazione quantistica, incrementando esponenzialmente la capacità di calcolo.

Come spiegato da Frédéric Grosshans, dell’Université Paris-Saclay in un articolo di commento pubblicato su “Nature”: “Questi due esperimenti combinati dimostrano chiaramente che il teletrasporto su distanze metropolitane e tecnologicamente possibile, e senza dubbio molti esperimenti d’informazione quantistica in futuro potranno basarsi su questi lavori”.

A seguire i link ai due studi citati:

http://nature.com/articles/doi:10.1038/nphoton.2016.179
http://nature.com/articles/doi:10.1038/nphoton.2016.180

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