Un network formato da qubit entangled

Towards the realization of a solid-state quantum network

(Credit. nature).

OLANDA – I ricercatori del TU Delft sono riusciti a portare due elettroni, a distanza di tre metri l’uno dall’altro, in uno stato entangled. Questo risultato segna un importante passo verso la realizzazione di un network globale che possa essere utilizzato per collegare i futuri computer quantistici, e per inviare informazioni in modo sicuro per mezzo del teletrasporto. I risultati sono stati pubblicati online il 24 aprile nella rivista Nature – l’articolo si intitola Heralded entanglement between solid-state qubits separated by three metres.

L’entanglement è l’implicazione più intrigante delle leggi della fisica quantistica. Quando due particelle sono entangled (o aggrovigliate) si fondono: nessuna delle due possiede di per sé un’ identità propria, ma è il loro stato collettivo a determinarla. Le particelle correlate si comportano come un’unica entità, anche quando sono divise da una grande distanza. Albert Einstein è sempre stato preoccupato di questa condizione, per le sue ricadute sul realismo locale, al punto di etichettare l’entanglement come un’azione spettrale a distanza. Ciò posto, gli esperimenti non fanno che confermare la sua esistenza.

Gli stati entangled sono interessanti soprattutto per l’informatica quantistica, dato che consentono di effettuare simultaneamente un enorme numero di calcoli; ad esempio, un computer quantistico con 400 unità di base (qubit o “bit quantistici”) potrebbe elaborare contemporaneamente un numero maggiore di informazioni di quanti atomi esistono nell’Universo.  Negli ultimi anni, gli scienziati sono riusciti a realizzare qubit entangled all’interno di un singolo chip. Ora, per la prima volta l’esperimento è stato effettuato con i qubit su diversi chip. Il gruppo di ricerca coordinato dal Prof. Ronald Hanson, del Dipartimento di Nanoscienze del TU Delft, ha costruito qubit di elettroni incastonati in diamanti.

“Usiamo i diamanti perché formano delle mini-gabbie per gli elettroni, se vi è un atomo di azoto in uno degli atomi di carbonio. Possiamo esaminare questi mini-gabbie individualmente, e siamo in grado di studiare e monitorare un singolo elettrone e anche un singolo nucleo atomico. Possiamo anche determinare la rotazione (ossia il senso di rotazione) di queste particelle in uno stato precedentemente determinato, e controllare la rotazione e successivamente leggerla. È importante che si ritiene che solo i sistemi basati su chip possono essere resi in applicazioni tecnologiche pratiche”, ha spiegato Ronald Hanson.

L’entanglement ad una distanza di 3 metri. Per inciso, la distanza di tre metri tra gli elettroni è stata scelta arbitrariamente. Potremmo condurre questo esperimento su distanze molto più grandi. Per mediare l’interazione tra i due elettroni entangled, i ricercatori hanno usato fasci di fotoni: in questo modo, sono riusciti a dimostrare che è possibile leggere l’orientamento dello spin dei due elettroni e confrontarlo. Sebbene l’orientamento dello spin di ogni elettrone sia singolarmente completamente casuale, i ricercatori hanno scoperto che i due orientamenti sono sempre speculari. Questo conferma che le particelle entangled si comportano come una singola entità. Il prossimo passo della ricerca è il teletrasporto di elettroni. “Anche a una grande distanza, in teoria è possibile teletrasportare lo stato di una particella in un’altra particella facendo un uso intelligente dell’entanglement. Il teletrasporto quantistico non riposiziona la particella ma solo il suo stato: dato che tutte le particelle elementari sono identiche, il teletrasporto quantistico di un elettrone su un altro ha lo stesso effetto di un trasferimento fisico dell’elettrone stesso”, conclude Ronald Hanson.

Questa pubblicazione può costituire un importante stimolo per lo sviluppo di nuove tecnologie. In primo luogo, perché siamo di fronte a un passo importante verso la creazione di un quantum network per la comunicazione tra i futuri computer – un vero e proprio internet quantistico. Considerando che l’entanglement potrebbe essere utilizzato per collegare questo network, gli scienziati sono già al lavoro per ampliare gli esperimenti usando più bit quantistici per i chip. In secondo luogo, il teletrasporto offre la possibilità di inviare informazioni in modo completamente sicuro; in questo caso l’informazione non viaggia attraverso lo spazio che separa le due sorgenti quantistiche e, quindi, non può essere intercettata. (Articolo comparso su cyberscienza.it il 24/04/2013).

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