Internet quantistica: primo teletrasporto tra fotoni da quantum dot diversi

L’internet quantistica non è più solo fantascienza: il primo “teletrasporto” di informazioni tra fotoni generati da quantum dot diversi è realtà, e avvicina una rete quantistica globale fatta di computer super–potenti e connessioni ultra–sicure.

Internet quantistica: perché ci importa davvero

Come Internet ha messo in rete i computer classici, domani servirà una rete quantistica per collegare tra loro i computer quantistici e far viaggiare i qubit senza perderne la magia. A differenza dei bit (0 o 1), i qubit vivono in una sovrapposizione di stati e non possono essere copiati né letti senza collassare, quindi vanno “trasportati” senza misurarli.

Per costruire una vera quantum internet servono quindi canali che portino informazione quantistica su lunghe distanze e una nuova generazione di ripetitori quantistici, capaci di rinnovare il segnale senza distruggerlo. È esattamente il tipo di tassello che arriva ora dai laboratori dell’Università di Stoccarda.​

Teletrasporto quantistico tra fotoni “diversi”

Il team guidato da Peter Michler, all’Institute of Semiconductor Optics and Functional Interfaces (IHFG) di Stoccarda, ha realizzato per la prima volta il teletrasporto di uno stato quantistico tra due fotoni generati da quantum dot distinti, quindi da sorgenti fisicamente diverse. In pratica, lo stato di polarizzazione di un fotone prodotto da un primo quantum dot è stato trasferito a un fotone emesso da un secondo quantum dot collegato tramite fibra ottica.

L’idea sfrutta il classico protocollo di teletrasporto quantistico: una coppia di fotoni entangled fa da canale, uno viene mandato verso la sorgente del qubit da spedire, si fa interferire con il fotone “mittente” e, grazie all’entanglement, lo stato viene ricostruito a distanza sull’altro fotone del ricevitore. Il tutto è avvenuto su circa 10 metri di fibra – nulla in scala urbana, ma sufficiente come dimostrazione che il teletrasporto funziona anche con fotoni nati in posti diversi.

Perché i quantum dot sono la chiave

La vera boss fight tecnica era far sì che due sorgenti diverse generassero fotoni praticamente indistinguibili, condizione essenziale perché il teletrasporto funzioni. Per questo i ricercatori hanno usato i quantum dot, minuscole “isole” semiconduttrici con livelli di energia ben definiti, un po’ come fossero atomi artificiali capaci di emettere singoli fotoni molto precisi.

I quantum dot sono stati progettati in modo da differire il meno possibile, mentre convertitori di frequenza quantistica hanno regolato finemente la lunghezza d’onda dei fotoni per allinearli perfettamente senza toccare lo stato di polarizzazione, cioè l’informazione quantistica trasportata. In questo setup, i due quantum dot sono connessi da 10 metri di fibra, ma lo stesso gruppo aveva già mostrato che l’entanglement resiste su 36 km attraverso la città di Stoccarda, il che rende credibile l’estensione a reti reali.

Quanto siamo vicini alla rete quantistica

Per ora l’esperimento raggiunge un tasso di successo di poco superiore al 70%, quindi c’è ancora lavoro da fare su produzione dei semiconduttori e stabilità delle sorgenti. Ma dimostrare il teletrasporto tra fotoni di sorgenti diverse è esattamente il passo che serviva per progettare ripetitori quantistici scalabili, tassello fondamentale per una futura internet quantistica che possa sfruttare anche le fibre ottiche di oggi.

In parallelo, giganti come Google hanno già mostrato un vantaggio quantistico “utile”, con il chip Willow capace di eseguire un calcolo 13.000 volte più veloce del supercomputer Frontier usando l’algoritmo Quantum Echoes. Mettendo insieme questi pezzi – processori sempre più potenti e infrastrutture di rete quantistica – il prossimo grande salto della computing culture potrebbe arrivare molto prima di quanto sembri.

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