Questo è esattamente ciò che hanno fatto i fisici di Harvard, utilizzando la fibra di telecomunicazione esistente nell'area di Boston, in una dimostrazione della distanza di fibra più lunga al mondo tra due nodi di memoria quantistica fino ad oggi. Immaginatela come una semplice Internet chiusa tra i punti A e B, che trasporta un segnale codificato non da bit classici come l'Internet esistente, ma da particelle di luce individuali e perfettamente sicure.

Il lavoro rivoluzionario, intitolato "Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom network" e pubblicato su Nature , è stato guidato da Mikhail Lukin, professore universitario Joshua e Beth Friedman presso il Dipartimento di Fisica, in collaborazione con i professori di Harvard Marko Lončar e Hongkun Park, che sono tutti membri della Harvard Quantum Initiative, insieme ai ricercatori di Amazon Web Services.

Il team di Harvard ha stabilito gli aspetti pratici della prima Internet quantistica intrecciando due nodi di memoria quantistica separati da un collegamento in fibra ottica distribuito su un circuito di circa 22 miglia attraverso Cambridge, Somerville, Watertown e Boston. I due nodi erano situati a un piano di distanza nel Laboratorio di scienza e ingegneria integrata di Harvard.

La memoria quantistica, analoga alla memoria classica dei computer, è una componente importante di un futuro dell’informatica quantistica interconnessa perché consente operazioni di rete complesse e l’archiviazione e il recupero delle informazioni. Sebbene in passato siano state create altre reti quantistiche, quella del team di Harvard è la rete in fibra più lunga tra dispositivi in ​​grado di archiviare, elaborare e spostare informazioni.

Ogni nodo è un computer quantistico molto piccolo, costituito da un frammento di diamante che presenta un difetto nella sua struttura atomica chiamato centro vacante di silicio. All'interno del diamante, strutture scolpite più piccole di un centesimo della larghezza di un capello umano migliorano l'interazione tra il centro vacante di silicio e la luce.

Il centro di silicio vacante contiene due qubit, o bit di informazione quantistica:uno sotto forma di spin elettronico utilizzato per la comunicazione, e l'altro in uno spin nucleare di lunga durata utilizzato come qubit di memoria per immagazzinare l'entanglement (il centro quantistico proprietà che consente alle informazioni di essere perfettamente correlate a qualsiasi distanza).

Entrambi gli spin sono completamente controllabili con impulsi a microonde. Questi dispositivi diamantati, di soli pochi millimetri quadrati, sono alloggiati all'interno di unità di refrigerazione a diluizione che raggiungono temperature di -459°F.

L'utilizzo dei centri vacanti di silicio come dispositivi di memoria quantistica per singoli fotoni è stato un programma di ricerca pluriennale ad Harvard. La tecnologia risolve uno dei principali problemi dell'Internet quantistica teorizzata:la perdita di segnale che non può essere potenziata nei modi tradizionali.

Una rete quantistica non può utilizzare ripetitori di segnale in fibra ottica standard perché la copia di informazioni quantistiche arbitrarie è impossibile, rendendo le informazioni sicure, ma anche molto difficili da trasportare su lunghe distanze.

I nodi di rete basati sui centri vacanti di silicio possono catturare, archiviare e intrecciare bit di informazioni quantistiche correggendo al contempo la perdita di segnale. Dopo aver raffreddato i nodi fino a raggiungere lo zero assoluto, la luce viene inviata attraverso il primo nodo e, per la natura della struttura atomica del centro vacante di silicio, rimane impigliata con esso.

"Poiché la luce è già intrecciata con il primo nodo, può trasferire questo entanglement al secondo nodo", ha spiegato il primo autore Can Knaut, uno studente della Kenneth C. Griffin Graduate School of Arts and Sciences nel laboratorio di Lukin. "Chiamiamo questo entanglement mediato dai fotoni."

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno noleggiato la fibra ottica da un'azienda di Boston per eseguire i loro esperimenti, adattando la loro rete dimostrativa sopra la fibra esistente per indicare che sarebbe possibile creare un'Internet quantistica con linee di rete simili.

"Dimostrare che i nodi della rete quantistica possono rimanere impigliati nell'ambiente reale di un'area urbana molto trafficata, è un passo importante verso la messa in rete pratica tra computer quantistici", ha affermato Lukin.

Una rete quantistica a due nodi è solo l’inizio. I ricercatori stanno lavorando diligentemente per estendere le prestazioni della loro rete aggiungendo nodi e sperimentando più protocolli di rete.