Comunicazione quantistica possibile sulla fibra ottica tradizionale

Un team di ingegneri della Northwestern University ha compiuto un passo avanti epocale nel campo della comunicazione quantistica, riuscendo a farla coesistere con i canali di comunicazione classici. La scoperta, pubblicata su Northwestern.edu, apre la strada all’utilizzo dell’infrastruttura di rete esistente per la trasmissione di dati quantistici, segnando un progresso fondamentale verso la realizzazione di una rete internet quantistica.

La ricerca, guidata dal professor Prem Kumar, si è concentrata sulla sfida di far viaggiare i delicati segnali quantistici, notoriamente suscettibili alle interferenze, insieme al traffico dati classico, intenso e rumoroso, che popola le fibre ottiche. Il team è riuscito a identificare specifiche lunghezze d’onda all’interno dello spettro luminoso che presentano un’interferenza minima da parte dei segnali classici. Questo ha permesso di realizzare un esperimento di teletrasporto quantistico su un cavo in fibra ottica di 30,2km che trasportava simultaneamente un traffico dati classico di 400Gbps.

Il teletrasporto quantistico, un concetto che combina l’entanglement quantistico con un canale classico, come Internet, è stato il fulcro di questa ricerca. Questo processo permette di trasferire lo stato quantistico di una particella a un’altra particella situata altrove, anche a grande distanza. Come ha spiegato Jordan Thomas, uno degli autori del paper di ricerca:

“Eseguendo una misurazione distruttiva su due fotoni, uno che trasporta uno stato quantistico e uno entangled con un altro fotone, lo stato quantistico viene trasferito sul fotone rimanente, che può trovarsi molto lontano“.

È fondamentale sottolineare che non sono i fotoni stessi a essere trasmessi fisicamente, ma l’informazione codificata nei loro stati quantistici.

Per comprendere appieno la portata di questa scoperta, è necessario fare un passo indietro e chiarire il concetto di entanglement quantistico. Si tratta di un fenomeno in cui due particelle sono intrinsecamente legate, in modo tale che i loro stati quantistici (spin, polarizzazione, livelli energetici, ecc…) siano connessi, indipendentemente dalla distanza fisica che le separa. Quando si misura lo stato di una particella, l’entanglement collassa, rivelando istantaneamente lo stato correlato dell’altra particella. Tuttavia, è importante chiarire che questo fenomeno non permette una comunicazione più veloce della luce (FTL, Faster Than Light), in linea con il teorema di non comunicazione.

Il teletrasporto quantistico si basa sull’entanglement, ma aggiunge un elemento cruciale: un canale di comunicazione classico. Questo processo non sposta fisicamente la particella, ma trasferisce il suo stato quantistico a un’altra particella entangled, anche se si trova a grande distanza.

La principale preoccupazione per la realizzazione di una rete mondiale basata sul teletrasporto quantistico è la compatibilità: la comunicazione quantistica può funzionare sui canali classici? La probabilità di interferenze è estremamente alta tra i miliardi di fotoni che vengono inviati contemporaneamente in un cavo in fibra ottica.

I ricercatori della Northwestern hanno scoperto che specifiche lunghezze d’onda presentano una densità di fotoni classici inferiore, rendendole adatte per i fotoni utilizzati nel teletrasporto quantistico. Hanno inoltre impiegato la misurazione dello stato di Bell, o semplicemente misurazione dello stato, eseguita a metà del cavo, insieme ad altri metodi per ridurre il rumore e le interferenze. Questo metodo può potenzialmente supportare più TB/s di dati classici in parallelo alla comunicazione quantistica.

Sebbene possano passare anni o decenni prima che la comunicazione quantistica diventi di uso comune, il professor Kumar è ottimista riguardo al futuro.

“Questo risultato rappresenta un importante passo avanti verso la realizzazione di una rete internet quantistica“, ha dichiarato. “Abbiamo dimostrato che è possibile far coesistere la comunicazione quantistica con quella classica, sfruttando l’infrastruttura di rete esistente“.

Secondo la roadmap attuale, le prossime tappe fondamentali saranno l’utilizzo di due coppie di fotoni entangled invece di una e la scalabilità di questo esperimento a reti in fibra ottica reali.  Il traguardo finale è ambizioso: una rete internet quantistica globale, in grado di rivoluzionare settori come la sicurezza informatica, la ricerca scientifica e la medicina.

L’entusiasmo per il calcolo quantistico è palpabile. Google sostiene che il suo nuovo chip quantistico può risolvere problemi complessi che i computer classici impiegherebbero, e cito testualmente, “10 septilioni di anni” per risolvere – ovvero 10.000.000.000.000.000.000.000.000 anni. La ricerca della Northwestern, pur non entrando direttamente nel campo del calcolo, pone le basi per una rete di comunicazione necessaria per sfruttare appieno il potenziale dei computer quantistici.

La strada verso un futuro quantistico è ancora lunga e ricca di sfide, ma la ricerca della Northwestern University rappresenta un passo avanti significativo, un tassello fondamentale nella costruzione di un’infrastruttura che cambierà radicalmente il modo in cui comunichiamo e elaboriamo le informazioni. La coesistenza tra comunicazione quantistica e classica non è più un’utopia ma una realtà sperimentale che apre le porte a un futuro dove l’informazione viaggia in modo più sicuro, efficiente e veloce, ridefinendo i confini della tecnologia e della nostra comprensione del mondo.