Il test di laboratorio indica la possibilità di una rete quantistica affidabile tra le città, con un intreccio di nodi attraverso chilometri di cavi in fibra ottica.
di Will Douglas Heaven
Albert Einstein non voleva avere nulla a che fare con lo strano concetto di entanglement quantistico, che lui definì come “azione spettrale a distanza”. Ma a distanza di cento anni, lo “spauracchio” di Einstein potrebbe contribuire a creare una rete più sicura, grazie a una tecnica più affidabile.
Con l’entanglement, un oggetto può essere messo in una sovrapposizione quantistica di più stati – come il gatto di Schrödinger, vivo e morto allo stesso tempo – e questa sovrapposizione può essere condivisa con un altro oggetto. In teoria, gli oggetti manterranno quella connessione anche se separati, in modo che misurare l’uno rivela lo stato dell’altro, non importa quanto lontano.
Queste riflessioni non hanno interesse solo per i fisici quantistici. Un’Internet quantistica consentirebbe la comunicazione ultra-sicura di messaggi riservati. Una tecnica è quella di crittografare una coppia di chiavi digitali, una tecnologia nota come distribuzione quantistica delle chiavi (QKD, quantum key distribution). Se due persone hanno entrambe queste chiavi, possono parlare senza paura di essere intercettate, perché un “intruso” cambierebbe lo stato delle chiavi e sarebbe scoperto.
Ma la QKD si basa sulla misurazione dello stato delle chiavi crittografate quantistiche e poiché tale misurazione può essere influenzata dalle condizioni nei dispositivi di invio e ricezione, è necessario conoscere le loro esatte condizioni fisiche. Questo può essere poco pratico, perché qualsiasi fluttuazione può rendere inutili le misurazioni.
Per queste ragioni, anche se l’entanglement è molto difficile da realizzare, a lungo termine potrebbe fornire una rete quantistica più utile delle chiavi quantistiche. Aggrovigliando nodi su una rete, si stabilisce una connessione tra le particelle aggrovigliate che bypassa i dispositivi stessi, evitando il requisito irrealistico di conoscere il loro stato esatto.
Almeno in linea di principio. In pratica, l’entanglement richiede anche condizioni ideali. I sistemi quantistici sono sensibili ai più piccoli disturbi: un cambiamento di temperatura o un leggero movimento possono modificare tutto.
Nel 2015, un importante esperimento ha mostrato che l’entanglement quantistico ha funzionato su una distanza di poco meno di un miglio (1,3 chilometri). Negli anni successivi, i ricercatori hanno separato le particelle intrecciate inviandole lungo le fibre ottiche e persino fino a un satellite e viceversa. Ma l’affidabilità è stata molto bassa.
In un recentissimo articolo su “Nature”, Pan Jian-Wei dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, a Hefei, e i suoi colleghi descrivono un esperimento in cui dimostrano l’entanglement attraverso oltre 30 miglia di fibra arrotolata in un laboratorio, con una trasmissione più bassa di errori rispetto ai precedenti tentativi. “Si tratta di un miglioramento significativo”, afferma Pan, che a volte viene chiamato il “padre del quanto“.
Il problema è stato trovare modi efficienti per intrappolare due particelle. Il team ha usato un atomo, che è rimasto fermo, e un fotone, che è stato inviato lungo la fibra. Hanno scoperto che erano in grado di creare una coppia di nodi intrecciati in modo molto più affidabile di quanto dimostrato negli esperimenti precedenti, incluso quello che stabiliva il parametro di riferimento del miglio, che è stato battuto di cinque ordini di grandezza.
Stephanie Wehner, ricercatrice di QuTech, un centro di ricerca quantistica e informatica a Delft, nei Paesi Bassi, afferma che il risultato non è significativo quanto sembra. Il team di Pan ha utilizzato 30 miglia di fibra a spirale, che pur richiedendo un notevole grado di controllo sull’intero sistema, è molto più semplice rispetto a quando i due nodi sono effettivamente a 30 miglia di distanza.
Il team di Pan sostiene che il suo set-up è più affidabile di quelli precedenti e quindi pone le basi migliori per una vera Internet quantistica. Avendo dimostrato le tecniche con una fibra a spirale, i ricercatori pensano di poter rapidamente estendere il sistema in linea retta. I metodi sviluppati in questo lavoro potrebbero essere usati per costruire reti quantistiche tra città nel prossimo futuro, conclude Pan.
(rp)
