L'informazione quantistica si basa sulla possibilità di scrivere messaggi in una particella quantistica e di leggerli in modo affidabile. Se, però, la particella è relativistica, nel senso che si muove con velocità prossime a quella della luce, è impossibile per le tecniche standard decodificare il messaggio in modo univoco, e quindi la comunicazione fallisce.

Grazie all'introduzione di un nuovo metodo, ricercatori dell'Università di Vienna e dell'Accademia austriaca delle scienze hanno sviluppato una decodifica affidabile dei messaggi quantistici trasmessi a velocità estremamente elevate. I risultati, pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica , apre nuove possibilità di applicazioni tecnologiche nell'informazione quantistica e nella comunicazione quantistica.

Immagina la seguente situazione:Anna e Bill vogliono scambiare un messaggio usando una proprietà di una particella quantistica, diciamo lo spin di un elettrone, che è una forma intrinseca di rotazione della particella. Bill ha bisogno del messaggio di Anna il prima possibile, quindi Anna deve inviare l'elettrone alla massima velocità, molto vicino alla velocità della luce. Dato che Anna ha localizzato l'elettrone nel suo laboratorio, il principio di indeterminazione di Heisenberg vieta di definire con precisione arbitraria la velocità dell'elettrone. Quando l'elettrone viaggia ad altissima velocità, l'interazione tra la relatività ristretta e la fisica quantistica fa sì che lo spin e la velocità dell'elettrone diventino entangled. A causa di questa correlazione, che è più forte di ciò che è classicamente possibile, Bill non è in grado di leggere il giro con il metodo standard. Riusciranno Anna e Bill a migliorare la loro strategia di comunicazione?

Un gruppo di ricercatori guidati da Časlav Brukner dell'Università di Vienna e dell'Istituto per l'ottica quantistica e l'informazione quantistica (IQOQI-Vienna) dell'Accademia austriaca delle scienze ha introdotto una nuova alternativa all'alfabeto standard utilizzato da Anna e Bill. La loro tecnica garantisce che il messaggio, scritto da Anna e letto da Bill, può essere decodificato in modo univoco, anche quando la particella si comporta secondo entrambe le meccaniche quantistiche, a causa del principio di indeterminazione di Heisenberg, e relatività speciale, a causa della sua altissima velocità.

Il nuovo metodo presentato nella rivista Lettere di revisione fisica fornisce una nuova definizione dello spin delle particelle quantistiche che si muovono molto rapidamente. Così, modifica sia il modo in cui Anna scrive il messaggio sia il modo in cui Bill lo legge. La chiave di questa tecnica è una "traduzione" del modo in cui il messaggio verrebbe scritto e letto tra l'alfabeto standard, utilizzato quando l'elettrone è a riposo, e il nuovo alfabeto, utilizzato quando l'elettrone viaggia molto velocemente.

"Questi risultati sono indicativi del fatto che questa procedura di traduzione potrebbe aprire a nuove applicazioni nell'informazione quantistica relativistica, "dice Flaminia Giacomini, l'autore principale dell'articolo. Ad esempio, questa tecnica potrebbe essere utile nella comunicazione quantistica satellitare in cui una particella che trasporta un messaggio deve viaggiare rapidamente tra due punti lontani.