Una rete quantistica praticabile, una rete in cui le informazioni archiviate in qubit sono condivise su lunghe distanze tramite entanglement, trasformerebbe i campi di archiviazione dei dati, rilevamento e calcolo di precisione, inaugurando una nuova era della comunicazione.

Questo mese, gli scienziati del Fermi National Accelerator Laboratory, un laboratorio nazionale del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti affiliato con l'Università di Chicago, insieme ai partner di cinque istituzioni hanno compiuto un passo significativo nella direzione della realizzazione di un Internet quantistico.

In un articolo pubblicato su PRX Quantum, il team presenta per la prima volta una dimostrazione di un sostenuto, teletrasporto a lunga distanza di qubit costituiti da fotoni (particelle di luce) con fedeltà superiore al 90%.

I qubit sono stati teletrasportati su una rete in fibra ottica lunga 27 miglia (44 chilometri) utilizzando rilevatori di fotoni singoli all'avanguardia, così come le attrezzature standard.

"Siamo entusiasti di questi risultati, ", ha affermato lo scienziato del Fermilab Panagiotis Spentzouris, capo del programma di scienza quantistica del Fermilab e uno dei coautori del documento. "Questo è un risultato chiave sulla strada per la costruzione di una tecnologia che ridefinirà il modo in cui conduciamo la comunicazione globale".

Il risultato arriva pochi mesi dopo che il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti ha svelato il suo progetto per un Internet quantistico nazionale in una conferenza stampa all'Università di Chicago.

Particelle di collegamento

Il teletrasporto quantistico è un trasferimento "disincarnato" di stati quantistici da un luogo a un altro. Il teletrasporto quantistico di un qubit si ottiene utilizzando l'entanglement quantistico, in cui due o più particelle sono indissolubilmente legate tra loro. Se una coppia di particelle entangled è condivisa tra due posizioni separate, non importa la distanza tra loro, le informazioni codificate vengono teletrasportate.

Il team congiunto:ricercatori del Fermilab, AT&T, Caltech, Università di Harvard, Il Jet Propulsion Laboratory della NASA e l'Università di Calgary hanno teletrasportato con successo i qubit su due sistemi:il Caltech Quantum Network e il Fermilab Quantum Network. I sistemi sono stati progettati, costruito, commissionato e implementato dal programma di ricerca pubblico-privato di Caltech sulle reti e tecnologie quantistiche intelligenti, o IN-Q-NET.

"Siamo molto orgogliosi di aver raggiunto questo traguardo in materia di sostenibilità, sistemi di teletrasporto quantistico scalabili e ad alte prestazioni, " disse Maria Spiropulu, il professore di fisica Shang-Yi Ch'en al Caltech e direttore del programma di ricerca IN-Q-NET. "I risultati saranno ulteriormente migliorati con gli aggiornamenti del sistema che prevediamo di completare entro il secondo trimestre del 2021".

Sia le reti Caltech che Fermilab, che prevedono un trattamento dei dati quasi autonomo, sono compatibili sia con l'infrastruttura di telecomunicazione esistente sia con i dispositivi di elaborazione e archiviazione quantistica emergenti. I ricercatori li stanno usando per migliorare la fedeltà e il tasso di distribuzione dell'entanglement, con un'enfasi sui protocolli di comunicazione quantistica complessi e sulla scienza fondamentale.

"Con questa dimostrazione stiamo iniziando a gettare le basi per la costruzione di una rete quantistica metropolitana nell'area di Chicago, " Disse Spentzouris.

La rete di Chicago, chiamato Illinois Express Quantum Network, è stato progettato da Fermilab in collaborazione con Argonne National Laboratory, Caltech, Northwestern University e partner del settore.

"L'impresa è una testimonianza del successo della collaborazione tra discipline e istituzioni, che guida così tanto di ciò che realizziamo nella scienza, " ha affermato il vicedirettore della ricerca del Fermilab Joe Lykken. "Raccomando il team di IN-Q-NET e i nostri partner nel mondo accademico e industriale per questo risultato unico nel suo genere nel teletrasporto quantistico.