"Beam me up" è uno dei tormentoni più famosi della serie Star Trek. È il comando impartito quando un personaggio desidera teletrasportarsi da una posizione remota all'astronave Enterprise.

Mentre il teletrasporto umano esiste solo nella fantascienza, il teletrasporto è possibile nel mondo subatomico della meccanica quantistica, anche se non nel modo tipicamente rappresentato in TV. Nel mondo quantistico, il teletrasporto implica il trasporto di informazioni, piuttosto che il trasporto di materia.

L'anno scorso gli scienziati hanno confermato che le informazioni potrebbero essere passate tra i fotoni sui chip dei computer anche quando i fotoni non erano collegati fisicamente.

Ora, secondo una nuova ricerca dell'Università di Rochester e della Purdue University, il teletrasporto può anche essere possibile tra gli elettroni.

In un articolo pubblicato su Comunicazioni sulla natura e uno in cui apparire Revisione fisica X , i ricercatori, compreso John Nichol, un assistente professore di fisica a Rochester, e Andrea Giordano, un professore di fisica a Rochester, esplorare nuovi modi di creare interazioni quantomeccaniche tra elettroni distanti. La ricerca è un passo importante nel miglioramento dell'informatica quantistica, quale, a sua volta, ha il potenziale per rivoluzionare la tecnologia, medicinale, e la scienza fornendo processori e sensori più veloci ed efficienti.

"Azione spettrale a distanza"

Il teletrasporto quantistico è una dimostrazione di ciò che Albert Einstein definì notoriamente "azione spettrale a distanza", noto anche come entanglement quantistico. Nell'entanglement, uno dei concetti base della fisica quantistica, le proprietà di una particella influenzano le proprietà di un'altra, anche quando le particelle sono separate da una grande distanza. Il teletrasporto quantistico coinvolge due distanti, particelle entangled in cui lo stato di una terza particella "teletrasporta" istantaneamente il suo stato alle due particelle entangled.

Il teletrasporto quantistico è un mezzo importante per la trasmissione di informazioni nell'informatica quantistica. Mentre un tipico computer è costituito da miliardi di transistor, chiamati bit, i computer quantistici codificano le informazioni in bit quantistici, o qubit. Un bit ha un solo valore binario, che può essere "0" o "1, " ma i qubit possono essere sia "0" che "1" allo stesso tempo. La capacità dei singoli qubit di occupare contemporaneamente più stati è alla base della grande potenza potenziale dei computer quantistici.

Gli scienziati hanno recentemente dimostrato il teletrasporto quantistico utilizzando fotoni elettromagnetici per creare coppie di qubit in entanglement remoto.

Qubit costituiti da singoli elettroni, però, sono anche promettenti per la trasmissione di informazioni nei semiconduttori.

"I singoli elettroni sono qubit promettenti perché interagiscono molto facilmente tra loro, e anche i singoli qubit di elettroni nei semiconduttori sono scalabili, " Dice Nichol. "La creazione affidabile di interazioni a lunga distanza tra gli elettroni è essenziale per l'informatica quantistica".

Creazione di coppie entangled di qubit di elettroni che si estendono su lunghe distanze, che è necessario per il teletrasporto, si è rivelato impegnativo, però:mentre i fotoni si propagano naturalmente su lunghe distanze, gli elettroni di solito sono confinati in un posto.

Coppie di elettroni entangled

Per dimostrare il teletrasporto quantistico usando gli elettroni, i ricercatori hanno sfruttato una tecnica sviluppata di recente basata sui principi dell'accoppiamento di scambio di Heisenberg. Un singolo elettrone è come un magnete a barra con un polo nord e un polo sud che possono puntare in alto o in basso. La direzione del polo:se il polo nord punta verso l'alto o verso il basso, per esempio, è noto come momento magnetico dell'elettrone o stato di spin quantistico. Se certi tipi di particelle hanno lo stesso momento magnetico, non possono essere nello stesso posto allo stesso tempo. Questo è, due elettroni nello stesso stato quantico non possono sedersi uno sopra l'altro. Se lo hanno fatto, i loro stati si sarebbero scambiati avanti e indietro nel tempo.

I ricercatori hanno usato la tecnica per distribuire coppie di elettroni entangled e teletrasportare i loro stati di spin.

"Forniamo prove per lo scambio di entanglement, ' in cui creiamo entanglement tra due elettroni anche se le particelle non interagiscono mai, e 'il teletrasporto del cancello quantico, ' una tecnica potenzialmente utile per l'informatica quantistica che utilizza il teletrasporto, " dice Nichol. "Il nostro lavoro mostra che questo può essere fatto anche senza fotoni".

I risultati aprono la strada alla ricerca futura sul teletrasporto quantistico che coinvolge gli stati di spin di tutta la materia, non solo fotoni, e fornire ulteriori prove per le capacità sorprendentemente utili dei singoli elettroni nei semiconduttori qubit.