I ricercatori della Yokohama National University hanno teletrasportato le informazioni quantistiche in modo sicuro all'interno dei confini di un diamante. Lo studio ha grandi implicazioni per la tecnologia dell'informazione quantistica, il futuro della condivisione e dell'archiviazione di informazioni sensibili. I ricercatori hanno pubblicato i loro risultati il ​​28 giugno, 2019, in Fisica delle comunicazioni .

"Il teletrasporto quantistico consente il trasferimento di informazioni quantistiche in uno spazio altrimenti inaccessibile, " disse Hideo Kosaka, professore di ingegneria alla Yokohama National University e autore dello studio. "Permette anche il trasferimento di informazioni in una memoria quantistica senza rivelare o distruggere le informazioni quantistiche memorizzate".

Lo spazio inaccessibile, in questo caso, consisteva di atomi di carbonio nel diamante. Fatto di collegato, eppure contenuto singolarmente, atomi di carbonio, un diamante contiene le condizioni perfette per il teletrasporto quantistico.

Un atomo di carbonio contiene sei protoni e sei neutroni nel suo nucleo, circondato da sei elettroni rotanti. Come gli atomi si legano in un diamante, formano un reticolo particolarmente forte. Però, i diamanti possono avere difetti complessi, come quando un atomo di azoto esiste in uno dei due posti vacanti adiacenti dove dovrebbero essere gli atomi di carbonio. Questo difetto è chiamato centro vacante di azoto.

Circondato da atomi di carbonio, la struttura del nucleo dell'atomo di azoto crea ciò che Kosaka chiama un nanomagnete.

Per manipolare un elettrone e un isotopo di carbonio nel posto vacante, Kosaka e il team hanno attaccato un filo di circa un quarto della larghezza di un capello umano alla superficie di un diamante. Hanno applicato un microonde e un'onda radio al filo per creare un campo magnetico oscillante attorno al diamante. Hanno modellato il microonde per creare l'ottimale, condizioni controllate per il trasferimento di informazioni quantistiche all'interno del diamante.

Kosaka ha quindi utilizzato il nanomagnete di azoto per ancorare un elettrone. Usando il microonde e le onde radio, Kosaka ha costretto lo spin dell'elettrone a entrare in relazione con uno spin nucleare del carbonio:il momento angolare dell'elettrone e il nucleo di un atomo di carbonio. Lo spin dell'elettrone si rompe sotto un campo magnetico creato dal nanomagnete, rendendolo suscettibile di intrappolamento. Una volta che i due pezzi sono impigliati, il che significa che le loro caratteristiche fisiche sono così intrecciate che non possono essere descritte individualmente, viene introdotto un fotone che contiene informazioni quantistiche, e l'elettrone assorbe il fotone. L'assorbimento permette di trasferire lo stato di polarizzazione del fotone nel carbonio, che è mediato dall'elettrone entangled, dimostrando un teletrasporto di informazioni a livello quantistico.

"Il successo della memorizzazione dei fotoni nell'altro nodo stabilisce l'entanglement tra due nodi adiacenti, " disse Kosaka. Chiamati ripetitori quantistici, il processo può prendere singoli blocchi di informazioni da nodo a nodo, attraverso il campo quantistico.

"Il nostro obiettivo finale è realizzare ripetitori quantistici scalabili per comunicazioni quantistiche a lungo raggio e computer quantistici distribuiti per il calcolo quantistico e la metrologia su larga scala, " ha detto Kosaka.