I ricercatori Michael Zugenmaier e Karsten Dideriksen accanto alla loro configurazione sperimentale. Credito:Istituto Niels Bohr
La ricerca di una rete di informazioni sicura è iniziata. Ricercatori dell'Istituto Niels Bohr, Università di Copenaghen, sono recentemente riusciti ad aumentare il tempo di archiviazione delle informazioni quantistiche, usando un piccolo contenitore di vetro riempito con atomi a temperatura ambiente, compiere un passo importante verso una rete di distribuzione codificata quantistica sicura.
Invio di informazioni in fibra ottica su lunghe distanze in regime classico
L'invio di informazioni su lunghe distanze può essere effettuato codificando i messaggi in impulsi luminosi, e inviarli tramite fibre ottiche. Ma c'è una perdita di fibre, quindi l'amplificazione è necessaria lungo la strada. I ripetitori amplificano gli impulsi luminosi ad intervalli specifici lungo la linea, e voilà! – la comunicazione transatlantica è possibile. Ma c'è un problema:non è completamente sicuro. Le informazioni possono essere raccolte, e anche se è codificato, i codici possono essere violati.
Distribuzione dell'informazione nel regime quantistico
Cosa succede quando si inviano informazioni quantistiche, è leggermente diverso. L'informazione in sé non è in realtà viaggiante, ma viene teletrasportato tramite entanglement distribuito in rete. Il mittente ha metà dell'entanglement, e il ricevente ha l'altra metà.
L'entanglement è molto più facile da creare su brevi distanze, quindi la linea tra mittente e destinatario viene segmentata e viene creato un entanglement tra ogni inizio e fine dei segmenti. Se ogni segmento è in grado di memorizzare l'entanglement, l'operatore di linea può attendere fino a quando non viene creato l'entanglement in tutti i segmenti e quindi eseguire scambi di entanglement ai giunti per estendere l'entanglement all'intera distanza tra mittente e destinatario. Quindi l'archiviazione è fondamentale - ed è per questo che il miglioramento del tempo di archiviazione ora effettuato dai ricercatori è così importante. Solo quando l'entanglement è in atto per l'intera lunghezza della linea, la comunicazione vera e propria può avvenire. Lungo la strada, è totalmente inaccessibile per chiunque altro, poiché le delicate informazioni quantistiche si autodistruggono immediatamente se si tenta di origliarle o manipolarle in qualsiasi modo.
Illustrazione:Quando si distribuisce l'entanglement tra il mittente A e il destinatario B, la linea di comunicazione viene segmentata inserendo ripetitori quantistici. In questa illustrazione A è impigliato con Quantum Repeater I mentre B è impigliato con Quantum Receiver II. Dopo lo scambio di entanglement sui ripetitori quantistici, l'entanglement è condiviso tra A e B. I ripetitori quantistici non contengono più alcun entanglement e non possono essere utilizzati per intercettare i messaggi. Credito:Istituto Niels Bohr
Abbiamo bisogno di molti ripetitori quantistici
Il tempo di conservazione entra in scena, poiché in realtà ci vuole un po' di tempo perché le informazioni viaggino nelle fibre. Il delicato entanglement quantistico deve essere memorizzato, aspettando il suo turno per viaggiare attraverso la fibra ottica. Ha molto senso puntare a un sistema che funzioni a temperatura ambiente, a causa delle dimensioni di tali reti. Se è necessario distribuire ripetitori quantistici per app. ogni 10 km di linea di comunicazione, i vantaggi di una configurazione semplice, lavorare a temperatura ambiente, sono tremendi.
I ricercatori del Niels Bohr Institute sono riusciti ad aumentare questa durata cruciale dello stato quantico a temperatura ambiente a circa un quarto di millisecondo, e in questo periodo di tempo, la luce può percorrere circa 50 km nella fibra. "Così, 50 km – non è ancora molto lontano, se desideri inviare informazioni quantistiche regionali, ma è molto più lungo di quanto precedentemente ottenuto con atomi a temperatura ambiente", dice Karsten Dideriksen, dottorato di ricerca studente sul progetto.
La tecnologia attuale
La tecnica stessa consiste in un piccolo contenitore di vetro, riempito con atomi di Cesio, in cui i ricercatori possono caricare, memorizzare e recuperare singoli fotoni (particelle di luce) da, gli stati quantistici necessari per il ripetitore. Questa tecnica migliora di cento volte la durata degli stati quantistici a temperatura ambiente. La semplicità è la chiave, come si deve immaginare questa tecnologia, una volta sviluppato al massimo delle sue potenzialità, sparsi in tutto il mondo come ripetitori quantistici nelle nostre reti di informazioni.
La prospettiva immediata è come accennato, archiviazione per l'uso in reti di informazioni quantistiche sicure, ma altre opzioni come la generazione di singoli fotoni su richiesta per il calcolo quantistico sono sul tavolo.
