Scienziati dell'Argonne National Laboratory e dell'Università di Chicago hanno lanciato un nuovo banco di prova per esperimenti di comunicazione quantistica da Argonne la scorsa settimana.

Il loop quantistico è costituito da una coppia di cavi in ​​fibra ottica collegati da 26 miglia che si snodano in modo tortuoso tra Argonne e l'Illinois Tollway vicino alla periferia di Bolingbrook e ritorno. A 52 miglia totali, è tra i più lunghi canali di comunicazione quantistica a terra nel paese.

Il circuito servirà da banco di prova per i ricercatori interessati a sfruttare i principi della fisica quantistica per inviare informazioni non hackerabili su lunghe distanze. I ricercatori di Argonne e UChicago hanno in programma di utilizzare il banco di prova per esplorare la scienza alla base dei sistemi di ingegneria quantistica e per sfruttare le proprietà dell'entanglement quantistico, un fenomeno che Albert Einstein notoriamente ha definito "azione spettrale a distanza". L'entanglement quantistico collega due (o più) particelle in modo che si trovino in uno stato condiviso, in modo tale che qualunque cosa accada a una influisca immediatamente sull'altra, non importa quanto lontano si siano allontanati.

"L'inaugurazione di questo ciclo quantistico è un passo significativo per Chicago e la nazione nella costruzione di una rete quantistica su larga scala in grado di consentire trasmissioni di dati sicure su lunghe distanze, " ha detto il ricercatore principale David Awschalom, scienziato senior nella divisione di scienza dei materiali ad Argonne, il Liew Family Professor in Molecular Engineering presso l'Università di Chicago e direttore del Chicago Quantum Exchange. "Il ciclo ci consentirà di identificare e affrontare le sfide nel funzionamento di una rete quantistica e può essere ridimensionato per testare e dimostrare la comunicazione su distanze ancora maggiori per aiutare a gettare le basi per un Internet quantistico".

Gli scienziati di Argonne Joe Heremans, Alan Dibos e Gary Wolfowicz, che ha lavorato al progetto del ciclo quantistico, ha dimostrato il funzionamento del banco di prova generando e trasmettendo impulsi ottici attraverso uno e poi entrambi i loop di fibra. Hanno assistito a un ritardo di 200 microsecondi per il tempo di transito dell'impulso laser lungo un anello di fibra, che è coerente con la velocità della luce nella fibra di vetro.

Hanno anche iniziato a utilizzare il ciclo per una serie di esperimenti, compresa la trasmissione di segnali da fotoni emessi da insiemi di ioni. Questi ioni possono essere usati come memoria quantistica per la rete. Una memoria quantistica funzionale, che comporta l'archiviazione e il recupero di stati quantistici, è un progresso tecnologico chiave necessario per la comunicazione quantistica e un Internet quantistico.

"Avremo bisogno di molte di queste memorie quantistiche distanziate di circa 100 chilometri per trasmettere il segnale quantistico attraverso una rete. Il loop quantistico ci consente di testare e perfezionare questa tecnologia di memoria quantistica prima di distribuirla su larga scala, " disse Tian Zhong, scienziato nella Divisione Nanoscienze e Tecnologia dell'Argonne e assistente professore di ingegneria molecolare all'Università di Chicago.

"La ricerca che porta a infrastrutture scientifiche come il ciclo quantistico garantirà che l'America rimanga un leader mondiale in questo fondamentale, campo in rapida evoluzione, che aprirà importanti nuove vie di indagine in aree come il trasferimento di dati quantistici e le comunicazioni sicure, ", ha dichiarato il Sottosegretario alla Scienza del Dipartimento dell'Energia Paul Dabbar. "Non vediamo l'ora di un continuo aumento del supporto e dei risultati per questa e altre aree della scienza dell'informazione quantistica".

"Questo ciclo quantistico è una capacità significativa per le comunità scientifiche in fisica quantistica, comunicazioni e informatica, " ha detto Paul Kearns, Direttore del Laboratorio Nazionale Argonne. "Questi esperimenti dimostrano come gli scienziati e gli ingegneri leader a livello mondiale di Argonne contribuiscano a garantire la leadership degli Stati Uniti nella scienza dell'informazione quantistica essenziale".

Oltre al ciclo quantistico, Argonne prevede di sviluppare una rete di collegamento quantistico bidirezionale con il Fermi National Accelerator Laboratory. Quando i due progetti sono collegati, il collegamento quantistico, sostenuto anche dal Dipartimento dell'Energia, dovrebbe essere tra i collegamenti più lunghi al mondo per inviare informazioni sicure utilizzando la fisica quantistica.