Scienziati austriaci e cinesi sono riusciti per la prima volta a teletrasportare stati quantistici tridimensionali. Il teletrasporto ad alta dimensione potrebbe svolgere un ruolo importante nei futuri computer quantistici.

I ricercatori dell'Accademia austriaca delle scienze e dell'Università di Vienna hanno dimostrato sperimentalmente quella che prima era solo una possibilità teorica. Insieme ai fisici quantistici dell'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina, sono riusciti a teletrasportare complessi stati quantistici ad alta dimensione. I team di ricerca riportano questo primato internazionale sulla rivista Lettere di revisione fisica .

Nel loro studio, i ricercatori hanno teletrasportato lo stato quantistico di un fotone (particella di luce) in un altro distante. In precedenza, erano stati trasmessi solo stati a due livelli ("qubit"), cioè., informazioni con i valori "0" o "1". Però, gli scienziati sono riusciti a teletrasportare uno stato a tre livelli, un cosiddetto "qutrit". Nella fisica quantistica, a differenza dell'informatica classica, "0" e "1" non sono un 'o/o' – entrambi contemporaneamente, o qualcosa nel mezzo, è anche possibile. La squadra austro-cinese lo ha ora dimostrato in pratica con una terza possibilità "2".

Nuovo metodo sperimentale

È noto dagli anni '90 che il teletrasporto quantistico multidimensionale è teoricamente possibile. Tuttavia:"Prima, abbiamo dovuto progettare un metodo sperimentale per implementare il teletrasporto ad alta dimensione, oltre a sviluppare la tecnologia necessaria", afferma Manuel Erhard dell'Istituto di Vienna per l'ottica quantistica e l'informazione quantistica dell'Accademia austriaca delle scienze.

Lo stato quantistico da teletrasportare è codificato nei possibili percorsi che un fotone può seguire. Si possono immaginare questi percorsi come tre fibre ottiche. Più interessante, in fisica quantistica un singolo fotone può essere localizzato anche in tutte e tre le fibre ottiche contemporaneamente. Per teletrasportare questo stato quantistico tridimensionale, i ricercatori hanno utilizzato un nuovo metodo sperimentale. Il cuore del teletrasporto quantistico è la cosiddetta misurazione Bell. Si basa su un divisore di fascio multiporta, che dirige i fotoni attraverso diversi ingressi e uscite e collega tutte le fibre ottiche insieme. Inoltre, gli scienziati hanno utilizzato fotoni ausiliari:anche questi vengono inviati al divisore di fasci multipli e possono interferire con gli altri fotoni.

Attraverso una selezione intelligente di determinati schemi di interferenza, l'informazione quantistica può essere trasferita ad un altro fotone lontano dal fotone di ingresso, senza che i due abbiano mai interagito fisicamente. Il concetto sperimentale non è limitato a tre dimensioni, ma può in linea di principio essere esteso a qualsiasi numero di dimensioni, come sottolinea Erhard.

Maggiori capacità di informazione per i computer quantistici

Con questo, il team di ricerca internazionale ha anche compiuto un importante passo avanti verso applicazioni pratiche come una futura Internet quantistica, poiché i sistemi quantistici ad alta dimensione possono trasportare maggiori quantità di informazioni rispetto ai qubit. "Questo risultato potrebbe aiutare a connettere i computer quantistici con capacità di informazione oltre i qubit", dice Anton Zeilinger, fisico quantistico presso l'Accademia austriaca delle scienze e l'Università di Vienna, sulle potenzialità innovative del nuovo metodo.

I ricercatori cinesi partecipanti vedono anche grandi opportunità nel teletrasporto quantistico multidimensionale. "Le basi per i sistemi di rete quantistica di prossima generazione si basano sulla nostra ricerca fondamentale oggi", afferma Jian-Wei Pan dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina. Pan ha recentemente tenuto una conferenza a Vienna su invito dell'Università di Vienna e dell'Accademia.

Nel lavoro futuro, i fisici quantistici si concentreranno su come estendere le nuove conoscenze acquisite per consentire il teletrasporto dell'intero stato quantistico di un singolo fotone o atomo.