Internet quantistica si avvicina mentre i ricercatori teletrasportano informazioni basate sulla luce.

21 luglio 2025, rubrica

di Ingrid Fadelli, Phys.org

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modificato da Gaby Clark, esaminato da Andrew Zinin

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La teletrasportazione quantistica è un processo affascinante che coinvolge il trasferimento dello stato quantistico di una particella in un'altra posizione remota, senza spostare o rilevare la particella stessa. Questo processo potrebbe essere fondamentale per la realizzazione di un cosiddetto "internet quantistico", una versione dell'internet che consente la trasmissione sicura e istantanea di informazioni quantistiche tra dispositivi all'interno della stessa rete.

La teletrasportazione quantistica è lontana dall'essere una nuova idea, poiché è stata sperimentata diverse volte in passato. Tuttavia, la maggior parte delle dimostrazioni precedenti ha utilizzato la conversione di frequenza anziché operare nativamente nella banda delle telecomunicazioni.

Ricercatori dell'Università di Nanjing hanno recentemente dimostrato la teletrasportazione di un qubit fotico a lunghezza d'onda delle telecomunicazioni (ossia, un bit quantistico codificato nella luce alle stesse lunghezze d'onda che supportano le attuali comunicazioni) a una memoria quantistica delle telecomunicazioni. Il loro articolo, pubblicato su Physical Review Letters, potrebbe aprire nuove possibilità per la realizzazione di reti quantistiche scalabili e quindi potenzialmente un internet quantistico.

'La teletrasportazione quantistica è sempre un protocollo affascinante nella comunicazione quantistica per la sua capacità di trasferire gli stati quantistici senza mai rivelare,' ha detto Xiao-Song Ma, autore principale dell'articolo, a Phys.org. 'Per estendere ulteriormente la distanza di trasmissione dello stato, l'incorporazione della memoria quantistica in un sistema di teletrasportazione quantistica è di importanza critica.'

Il principale obiettivo dello studio recente di Ma e dei suoi colleghi è stato quello di integrare con successo una memoria quantistica solida delle telecomunicazioni in un sistema di teletrasportazione quantistica, che consentirebbe di memorizzare le informazioni quantistiche trasmesse. Il ruolo principale di questa memoria sarebbe quello di diffondere e memorizzare particelle entangled in una rete quantistica (ossia, distribuzione dell'entanglement).

Le reti quantistiche si basano su ripetitori quantistici, dispositivi che possono suddividere le distanze attraverso le quali le informazioni vengono trasmesse in sezioni più corte e gestibili, note come collegamenti elementari. Quando posizionate alla fine di queste sezioni, le memorie quantistiche potrebbero memorizzare le informazioni quantistiche per il tempo necessario affinché l'entanglement si stabilisca lungo interi segmenti di reti, consentendone così la trasmissione su distanze maggiori.

'Abbiamo impiegato cinque sistemi per portare a termine l'esperimento,' ha spiegato Ma. 'Questi includono la preparazione dello stato iniziale; una sorgente EPR per generare coppie di fotoni entangled da un chip fotonic integrale, una misurazione dello stato di Bell e una memoria quantistica basata su insiemi di ioni di erbio. Abbiamo anche impiegato un modulo di distribuzione di frequenza e di taratura basato su una cavità F-P e sulla tecnica PDH.'

Questo recente lavoro di Ma e dei suoi colleghi dimostra che le informazioni quantistiche potrebbero essere trasferite su una rete utilizzando dispositivi e lunghezze d'onda ottiche compatibili con quelle attualmente impiegate nelle comunicazioni. La dimostrazione di teletrasportazione quantistica del team potrebbe contribuire all'avanzamento delle reti quantistiche, potenzialmente contribuendo alla futura realizzazione di un internet quantistico affidabile.

'Il nostro studio ha dimostrato per la prima volta la teletrasportazione quantistica da fotoni delle telecomunicazioni a una memoria quantistica a stato solido basata su ioni di erbio,' ha aggiunto Ma. 'L'intero nostro sistema utilizza componenti perfettamente compatibili con le attuali reti in fibra. Questa piattaforma compatibile con le telecomunicazioni per la generazione, la memorizzazione e l'elaborazione degli stati quantistici della luce apre un approccio altamente promettente a reti quantistiche su larga scala.'

Come parte dei loro prossimi studi, i ricercatori prevedono di concentrarsi sull'ulteriore miglioramento delle prestazioni della memoria quantistica a stato solido basata su ioni di erbio impiegata nei loro esperimenti. Più specificamente, vorrebbero estendere i tempi di memorizzazione e migliorare l'efficienza con cui memorizza le informazioni quantistiche.

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Maggiori informazioni: Yu-Yang An et al, Quantum Teleportation from Telecom Photons to Erbium-Ion Ensembles, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/3wh8-2gh1.

Informazioni sulla rivista: Physical Review Letters

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