Il regno quantistico contiene la chiave per la prossima rivoluzione nella tecnologia delle comunicazioni come la conosciamo. Con la promessa di prestazioni senza precedenti e sicurezza impenetrabile, la tecnologia quantistica sta muovendo i primi passi verso l'obiettivo finale di applicazioni come transazioni finanziarie altamente crittografate ma quasi veloci come la luce. Però, la capacità dei computer quantistici di comunicare tra loro è stata limitata dalle risorse necessarie per tali scambi, limitare la quantità di informazioni che possono essere scambiate, così come la quantità di tempo che può essere memorizzata.

I ricercatori con sede in Giappone hanno compiuto un passo importante per affrontare queste limitazioni delle risorse. Hanno pubblicato i loro risultati il ​​27 maggio in Lettere di revisione fisica .

"Per connettere insieme computer quantistici remoti, abbiamo bisogno della capacità di eseguire operazioni quantomeccaniche tra loro su distanze molto lunghe, il tutto mantenendo la loro importante coerenza quantistica, " ha detto il professor Kae Nemoto, autore di articoli e direttore del Global Research Center for Quantum Information Science presso il National Institute of Informatics (NII) in Giappone.

"Però, interessante, mentre i computer quantistici sono emersi su piccola scala, la tecnologia di comunicazione quantistica è ancora a livello di dispositivo e non è stata integrata insieme per realizzare sistemi di comunicazione. In questo lavoro, mostriamo una strada da percorrere".

Le informazioni quantistiche richiedono protezione dalla notevole quantità di rumore che le circonda, così come la tendenza a perdere informazioni dal messaggio iniziale. Questo processo di protezione è chiamato correzione degli errori quantistici, che intreccia un'informazione attraverso molti qubit, l'unità di base dell'informazione quantistica. Immagina una lettera strappata in nove pezzi, ciascuno inserito in una busta, con ogni busta inviata alla stessa destinazione per essere rimontata e letta. Nel mondo quantistico, le buste vengono spedite tramite fotoni e in ogni busta ci sono informazioni sufficienti per ricreare l'intera lettera se una delle buste viene persa o distrutta.

"Il sovraccarico per proteggere le informazioni quantistiche dal rumore e dalla perdita sarà grande, e la dimensione dei dispositivi necessari per realizzare ciò causerà seri problemi, come abbiamo iniziato a vedere nello sviluppo dei computer quantistici di oggi, " Ha detto Nemoto. "Mentre gli sforzi per realizzare l'internet quantistica si stanno verificando in tutto il mondo, è importante pensarlo come un sistema, e non semplici dispositivi."

Nemoto e il suo team hanno affrontato questo problema utilizzando un processo chiamato multiplexing quantistico, in cui hanno ridotto non solo il rumore, ma anche il numero di risorse necessarie per trasmettere le informazioni. Nel multiplexing, le informazioni contenute in due fotoni separati sono combinate in un fotone, come due buste spedite in una cartella, quindi le informazioni sono ancora protette individualmente ma è necessario un solo timbro per il trasporto.

"In questo sistema, la correzione degli errori quantistici giocherà un ruolo essenziale, non solo di proteggere le informazioni quantistiche trasmesse, ma anche per ridurre significativamente le risorse necessarie per realizzare qualunque compito si necessiti, " ha detto il coautore della carta William J. Munro, un ricercatore presso i Laboratori di ricerca di base di NTT. "Il multiplexing quantistico consente una significativa riduzione delle risorse senza richiedere lo sviluppo di nuove tecnologie per tali dispositivi di comunicazione quantistica".

I ricercatori stanno attualmente estendendo il loro lavoro a scenari di reti quantistiche complesse su larga scala.

"La rivoluzione quantistica ci ha permesso di progettare e creare nuove tecnologie precedentemente ritenute impossibili nel nostro mondo classico, " Ha detto Nemoto. "I computer quantistici su piccola scala hanno già mostrato prestazioni di calcolo migliori dei più grandi supercomputer di oggi. Però, stanno emergendo molte altre forme di tecnologia quantistica e una delle più profonde potrebbe essere l'Internet quantistico, una versione abilitata per i quanti dell'Internet di oggi, che ci consentirà di collegare in rete i dispositivi, compresi i computer quantistici".

Prossimo, i ricercatori si baseranno sui primi passi già compiuti per aumentare sia la quantità di informazioni che il tempo di conservazione.