I fisici hanno progettato un nuovo metodo per trasmettere grandi dati quantistici su lunghe distanze che richiede molte meno risorse rispetto ai metodi precedenti, avvicinando alla realtà l'implementazione della grande trasmissione di dati quantistici a lunga distanza. I risultati potrebbero portare allo sviluppo di future reti quantistiche, come un Internet quantistico su scala globale.

I ricercatori, Michael Zwerger e coautori dell'Università di Innsbruck, Austria, hanno pubblicato un articolo sul nuovo metodo di comunicazione quantistica a lungo raggio in un recente numero di Lettere di revisione fisica .

"Il più grande significato del nostro lavoro è che forniamo uno schema efficiente e scalabile per la comunicazione quantistica a lunga distanza, " ha detto Zwerger Phys.org . "Crediamo che questo sarà un ingrediente essenziale per un futuro Internet quantistico, dove verranno trasmesse grandi quantità di dati quantistici. Più importante, a differenza delle precedenti proposte, le risorse richieste (per qubit trasmesso) in ogni stazione ripetitore non scalano con la distanza, che rende la trasmissione quantistica dei dati più efficiente."

Il nuovo metodo si basa su un tipo alternativo di ripetitore quantistico, un dispositivo che genera entanglement quantistico in posizioni distanti su una rete quantistica per combattere la perdita di segnale, un po' come un amplificatore amplifica il segnale nelle reti di comunicazione classiche.

Il più grande vantaggio del nuovo ripetitore quantistico è che può consentire di scalare la trasmissione di dati quantistici a distanze più lunghe molto più facilmente rispetto ai precedenti ripetitori quantistici. Tipicamente, all'aumentare della distanza di trasmissione, sono necessarie più risorse (qubit) in ogni stazione ripetitore. Negli schemi precedenti, il numero di risorse cresce polilogaritmicamente o addirittura polinomialmente ad ogni stazione ripetitrice con la distanza.

Utilizzando il nuovo ripetitore quantistico, il numero di risorse per qubit trasmesso rimane costante in ogni stazione ripetitrice; questo è, è del tutto indipendente dalla distanza. Ciò consente la trasmissione di dati quantistici su distanze arbitrariamente lunghe utilizzando una quantità relativamente piccola di risorse. Nella sua attuale attuazione, il metodo utilizza poche centinaia di qubit su ogni stazione ripetitore, e può raggiungere distanze intercontinentali.

Come spiegano i fisici, la chiave dietro il nuovo ripetitore quantistico è un protocollo di distillazione dell'entanglement chiamato hashing, che genera coppie perfette di qubit entangled. I ricercatori hanno anche utilizzato un'implementazione ottimizzata basata sulla misurazione, che riduce notevolmente il rumore indesiderato. Questi strumenti forniscono un'elevata tolleranza agli errori e velocità di trasmissione elevate, consentendo la trasmissione di dati quantistici in scenari realisticamente rumorosi, come un Internet quantistico.

"Pensa a Internet come è cresciuto nel corso degli anni, dove la trasmissione dei dati è aumentata drasticamente, " Zwerger ha detto. "Si può immaginare un Internet quantistico, dove invece dei dati classici vengono trasmesse informazioni quantistiche. Infatti, sono state discusse una serie di applicazioni molto interessanti di tale trasmissione di dati quantistici, tra questi la crittografia quantistica, calcolo quantistico distribuito e rilevamento distribuito. La trasmissione veramente sicura richiede chiavi grandi, e quindi anche grandi velocità di trasmissione quantistica. Una cosa simile si può dire della possibilità del calcolo quantistico distribuito. Nei primi esperimenti di dimostrazione del principio, tariffe e spese generali potrebbero non essere un grosso problema, ma questo diventerà sicuramente molto rilevante una volta che le cose si ingrandiranno. È qui che la nostra proposta diventa pertinente".

Nel futuro, i ricercatori hanno in programma di estendere i nuovi dispositivi ripetitori quantistici per funzionare con reti più grandi.

"La presente proposta riguarda la comunicazione punto-punto tra un mittente e un destinatario, " Zwerger ha detto. "Abbiamo in programma di utilizzare idee simili per reti quantistiche multipartite con molti utenti. Inoltre, stiamo attualmente studiando nuovi schemi in cui cerchiamo di applicare tecniche simili su scale più piccole, prendendo alcune delle idee del protocollo di hashing e progettando protocolli di purificazione dell'entanglement e schemi di comunicazione che utilizzano solo pochi qubit. Questo potrebbe avere un impatto su un lasso di tempo più breve, quando sarà costruito il primo prototipo di sistemi di comunicazione quantistica."

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