11 Luglio 2022
13:03

Un nuovo esperimento record ci avvina alla rete internet quantistica

Lo ha condotto un team di ricerca tedesco che per la prima volta ha intrappolato due memorie quantistiche su una rete in fibra ottica di 33 km.
A cura di Valeria Aiello

Una connessione ad internet sicura, in cui la trasmissione dei dati è perfettamente protetta dai tentativi di hackeraggio, potrebbe diventare realtà grazie all’aiuto di un fenomeno della meccanica quantistica, chiamato entanglement (intreccio), che caratterizza gli stati quantici di sistemi fisici (microscopici) tra loro interagenti.

In estrema sintesi, il concetto di entanglement si basa sull’assunzione secondo cui gli stati quantistici di due particelle microscopiche A e B (ma anche gruppi di particelle all’interno di sistemi macroscopici) inizialmente interagenti possono risultare legati (appunto “intrecciati”) in modo tale che la modifica dello stato quantistico della particella A abbia istantaneamente un effetto sullo stato quantistico della particella B, indipendentemente da quanto siano lontane le due particelle.

Poter sfruttare tale “interazione” consentirebbe di trasmettere informazioni su lunghe distanze, con una modalità tale da rendere impossibile l’intercettazione, come spiegato da un team di ricerca guidato dai professori Harald Weinfurter della Ludwig Maximilian University di Monaco di Baviera e Christoph Becher della Saarland University di Saarbrücken, in Germania, riusciti per la prima volta ad accoppiare due atomi di rubidio su una connessione in fibra ottica lunga 33 chilometri, ovvero la maggiore distanza su cui sia mai stato gestito l’entanglement tramite una fibra di telecomunicazione.

Il passo decisivo, indica il team di ricerca, è stato “lo spostamento della lunghezza d’onda delle particelle di luce emesse a un valore utilizzato per le telecomunicazioni convenzionali”. In questo modo, è stato possibile “ridurre significativamente la perdita di fotoni e creare memorie quantistiche entangled anche su lunghe distanze di cavo in fibra ottica” ha affermato Weinfurter.

Per il loro esperimento, descritto in uno studio pubblicato su Nature, i ricercatori hanno utilizzato un sistema composto da due atomi di rubidio otticamente intrappolati in due laboratori del campus della Ludwig Maximilian University. Queste due sedi sono collegate tramite un cavo in fibra ottica lungo 700 metri, che corre sotto la Geschwister Scholl Square, di fronte all’edificio principale dell’Ateneo, cui sono state aggiunte fibre extra su bobine fino ad ottenere una rete che misurava 33 chilometri di lunghezza.

Per eccitare i due atomi, i ricercatori hanno impiegato un impulso laser, facendo in modo che ciascuna particella di rubidio emettesse un fotone. “A causa della conservazione del momento angolare, lo spin dell’atomo è intrecciato con la polarizzazione del suo fotone emesso – indicano gli studiosi in una nota – . Queste particelle di luce possono quindi essere utilizzate per creare un accoppiamento quantomeccanico dei due atomi”.

Lo schema dell’esperimento / Nature
Lo schema dell’esperimento / Nature

Per fare ciò, gli scienziati hanno inviato queste particelle di luce attraverso il cavo in fibra ottica a una stazione ricevente, dove una misurazione congiunta dei fotoni ha indicato l’entanglement delle memorie quantistiche. “L’esperimento è un passo importante nel percorso verso l’internet quantistico basato sull’infrastruttura in fibra ottica esistente” ha aggiunto il professor Weinfurter.

Tuttavia, hanno sottolineato gli studiosi, la maggior parte delle memorie quantistiche emette luce con lunghezze d’onda nella gamma del visibile o del vicino infrarosso. “Nelle fibre ottiche, questi fotoni arrivano a pochi chilometri prima di perdersi – ha precisato il professor Becher che, per questo motivo, insieme ai colleghi ha ottimizzato la lunghezza d’onda dei fotoni per il loro viaggio nel cavo, aumentandola da 780 nanometri a 1.517 nanometri, rendendola approssimativamente uguale alla lunghezza d’onda delle telecomunicazioni (1.550 nanometri),  ovvero l’intervallo di frequenza ideale per la trasmissione della luce lungo le fibre ottiche.

Ciò ha permesso ai fotoni di sopravvivere al loro viaggio da record lungo il cavo, e poiché ogni fotone era già intrecciato con l’atomo di rubidio da cui era stato emesso, questo processo ha determinato l’aggrovigliamento dei due atomi l’uno con l’altro. Una volta intrecciati, i due atomi hanno il potenziale per agire come nodi di “memoria quantistica” all’interno di una rete di comunicazione più ampia. Il fatto che ciò sia stato ottenuto utilizzando cavi in ​​fibra ottica, aumenta la possibilità di creare una rete quantistica impiegando le infrastrutture di telecomunicazioni esistenti.

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