La padronanza sperimentale di sistemi quantistici complessi è necessaria per le tecnologie future come i computer quantistici e la crittografia quantistica. Scienziati dell'Università di Vienna e dell'Accademia austriaca delle scienze hanno aperto nuove strade. Hanno cercato di utilizzare sistemi quantistici più complessi rispetto ai qubit bidimensionali entangled e quindi possono aumentare la capacità di informazione con lo stesso numero di particelle. I metodi e le tecnologie sviluppati potrebbero in futuro consentire il teletrasporto di sistemi quantistici complessi. I risultati del loro lavoro, "Intreccio sperimentale di Greenberger-Horne-Zeilinger oltre i qubit, " è pubblicato di recente sulla rinomata rivista Fotonica della natura .

Simile ai bit nei computer convenzionali, i qubit sono la più piccola unità di informazione nei sistemi quantistici. Grandi aziende come Google e IBM sono in competizione con istituti di ricerca di tutto il mondo per produrre un numero crescente di qubit entangled e sviluppare un computer quantistico funzionante. Ma un gruppo di ricerca dell'Università di Vienna e dell'Accademia austriaca delle scienze sta perseguendo un nuovo percorso per aumentare la capacità di informazione dei sistemi quantistici complessi.

L'idea alla base è semplice:invece di aumentare semplicemente il numero di particelle coinvolte, la complessità di ciascun sistema è aumentata. "La particolarità del nostro esperimento è che per la prima volta, impiglia tre fotoni oltre la natura bidimensionale convenzionale, " spiega Manuel Erhard, primo autore dello studio. Per questo scopo, i fisici viennesi usavano sistemi quantistici con più di due possibili stati:in questo caso particolare, il momento angolare delle singole particelle luminose. Questi singoli fotoni ora hanno una capacità di informazione maggiore rispetto ai qubit. Però, l'entanglement di queste particelle di luce si è rivelato difficile a livello concettuale. I ricercatori hanno superato questa sfida con un'idea rivoluzionaria:un algoritmo informatico che cerca autonomamente un'implementazione sperimentale.

Con l'aiuto di un algoritmo informatico chiamato Melvin, i ricercatori hanno trovato una configurazione sperimentale per produrre questo tipo di entanglement. All'inizio, era molto complesso, ma in linea di principio ha funzionato. Dopo alcune semplificazioni, i fisici dovevano ancora affrontare grandi sfide tecnologiche. Il team è stato in grado di risolverli con una tecnologia laser all'avanguardia e una multiporta appositamente sviluppata. "Questa multiporta è il cuore del nostro esperimento, e combina i tre fotoni in modo che siano impigliati in tre dimensioni, " spiega Manuel Erhard.

La peculiare proprietà dell'entanglement a tre fotoni in tre dimensioni consente l'indagine sperimentale di nuove questioni fondamentali sul comportamento dei sistemi quantistici. Inoltre, i risultati di questo lavoro potrebbero anche avere un impatto significativo sulle tecnologie future, come il teletrasporto quantistico. "Penso che i metodi e le tecnologie che abbiamo sviluppato in questa pubblicazione ci permettano di teletrasportare una proporzione maggiore delle informazioni quantistiche totali di un singolo fotone, che potrebbe essere importante per le reti di comunicazione quantistica, " dice Anton Zeilinger.