Comunicazioni sulla natura ha pubblicato una ricerca di un team internazionale di Wits e ICFO, The Institute of Photonic Sciences, che dimostra il trasporto simile al teletrasporto di "modelli" di luce:questo è il primo approccio in grado di trasportare immagini attraverso una rete senza inviare fisicamente l'immagine e un passo cruciale verso la realizzazione di una rete quantistica per stati entangled ad alta dimensione.
La comunicazione quantistica su lunghe distanze è parte integrante della sicurezza delle informazioni ed è stata dimostrata con stati bidimensionali (qubit) su distanze molto lunghe tra i satelliti. Questo può sembrare sufficiente se lo confrontiamo con la sua controparte classica, ovvero l'invio di bit che possono essere codificati in 1 (segnale) e 0 (nessun segnale), uno alla volta.
Tuttavia, l'ottica quantistica ci consente di ampliare l'alfabeto e di descrivere in modo sicuro sistemi più complessi in un unico scatto, come un'impronta digitale unica o un volto.
"Tradizionalmente, due parti comunicanti inviano fisicamente le informazioni dall'una all'altra, anche nel regno quantistico", afferma il prof. Andrew Forbes, il principale PI della Wits University.
"Ora è possibile teletrasportare le informazioni in modo che non viaggino mai fisicamente attraverso la connessione:una tecnologia 'Star Trek' diventata reale." Sfortunatamente, il teletrasporto è stato finora dimostrato solo con stati tridimensionali (immagina un'immagine a tre pixel), quindi necessitano di ulteriori fotoni entangled per raggiungere dimensioni più elevate.
In questa ricerca, il team ha eseguito la prima dimostrazione sperimentale del trasporto quantistico di stati ad alta dimensione con solo due fotoni entangled come risorsa quantistica, che ha fatto sì che le informazioni sembrassero essere "teletrasportate" dal mittente al destinatario. Per fare progressi, il team ha utilizzato un rilevatore ottico non lineare che elude la necessità di fotoni aggiuntivi e funziona comunque per qualsiasi "modello" che deve essere inviato.
Riportano un nuovo stato dell'arte di 15 dimensioni, con lo schema scalabile a dimensioni ancora più elevate, aprendo la strada a connessioni di rete quantistiche con elevata capacità di informazione.
Immagina un cliente che desideri inviare informazioni sensibili a una banca, magari un'impronta digitale. Nella comunicazione quantistica tradizionale, le informazioni devono essere inviate fisicamente dal cliente alla banca, sempre con il rischio di intercettazione (anche se sicura). Nello schema di trasporto quantistico recentemente proposto, la banca invia un singolo fotone (uno di una coppia entangled) senza informazioni al cliente, che lo sovrappone su un rilevatore non lineare con l'informazione da inviare.
Di conseguenza, le informazioni appaiono in banca esattamente come se fossero state teletrasportate lì. Nessuna informazione viene mai inviata fisicamente tra le due parti, quindi l'intercettazione è inutile, mentre il collegamento quantistico che collega le parti viene stabilito dallo scambio di fotoni quantistici entangled.
"Questo protocollo ha tutte le caratteristiche del teletrasporto tranne un ingrediente essenziale:richiede un raggio laser luminoso per rendere efficiente il rilevatore non lineare in modo che il mittente possa sapere cosa deve essere inviato, ma non ha bisogno di saperlo", spiega Forbes .
"In questo senso non si tratta strettamente di teletrasporto, ma potrebbe esserlo in futuro se il rilevatore non lineare potesse essere reso più efficiente." Così com'è adesso, apre un nuovo percorso per connettere le reti quantistiche, inaugurando l'ottica quantistica non lineare come risorsa.
"Ci auguriamo che questo esperimento che mostra la fattibilità del processo possa motivare ulteriori progressi nella comunità dell'ottica non lineare spingendo i limiti verso un'implementazione quantistica completa", afferma il dott. Adam Vallés dell'ICFO (Barcellona), uno dei responsabili del progetto che ha lavorato all'esperimento durante la sua borsa di studio post-dottorato presso Wits.
"Dobbiamo essere cauti ora, poiché questa configurazione non potrebbe impedire a un mittente imbroglione di conservare copie migliori delle informazioni da teletrasportare, il che significa che potremmo ritrovarci con molti cloni del signor Spock nel mondo di Star Trek se questo è ciò che Scotty voluto."
"Da un punto di vista pratico, la configurazione che attualmente dimostriamo può già essere utilizzata per stabilire un canale sicuro ad alta dimensione per le comunicazioni quantistiche tra due parti, a condizione che il protocollo non debba essere alimentato con singoli fotoni, come sarebbe il caso dei ripetitori quantistici."
Vallés aggiunge:"Eseguire tali esperimenti di prova di concetto con la tecnologia attualmente disponibile è stato un viaggio interessante, e dobbiamo ringraziare la Dott.ssa Bereneice Sephton di Wits per la sua determinazione e le competenze complete necessarie per domare una bestia così sperimentale. Questo è un vero e proprio impegno di laboratorio per il quale dovrebbe essere lodata."
Forbes fa eco a questo sentimento:"Questo è stato un esperimento eroico e la dottoressa Bereneice Sephton deve essere riconosciuta perché è stata lei a far funzionare il sistema e a eseguire gli esperimenti chiave."
Il team prevede di continuare a lavorare in questa direzione, con il prossimo passo incentrato sul trasporto quantistico attraverso una rete in fibra ottica.
Ulteriori informazioni: Bereneice Sephton et al, Trasporto quantistico di informazioni spaziali ad alta dimensione con un rilevatore non lineare, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43949-x
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito da Wits University
