L’entanglement swapping ibrido è un salto di qualità nelle comunicazioni quantistiche
Al livello di fotoni, elettroni e particelle più piccole, le descrizioni del nostro mondo fisico fornite dalla meccanica tradizionale cessano di essere applicate. La luce può comportarsi come una particella. La materia può comportarsi come un’onda. E le proprietà fisiche di una particella possono influenzare quelle di un’altra, indipendentemente dalla distanza, persino chilometri, reciprocamente, in un fenomeno che Einstein ha denominato «azione spettrale a distanza». Meglio noto come «entanglement quantistico», il fenomeno ha ripercussioni importanti sull’elaborazione delle informazioni quantistiche e garantisce la comunicazione quantistica. Grazie al supporto del programma Marie Skłodowska-Curie, il progetto HELIOS ha deciso di studiare l’entanglement di particelle e onde, come la luce, un fenomeno recentemente dimostrato, denominato entanglement ibrido.
Un fortuito salto di qualità nei protocolli di comunicazione quantistica
La luce è perfetta per la diffusione e l’elaborazione delle informazioni quantistiche. È compatibile con la maggior parte dei dispositivi di comunicazione tradizionali e quantistici esistenti attualmente e la sua velocità è insuperata. Inoltre, la sua duplice natura di particella e onda supporta un approccio discreto di cifratura delle informazioni quantistiche analogo al segnale digitale, così come un approccio di variazione continua simile al segnale analogico. Giovanni Guccione, borsista del progetto, si è prefissato di dimostrare un approccio ibrido unendo i due in una versione quantistica di un convertitore digitale-analogico (DAC) che sfrutta il teletrasporto quantistico della luce. «Il teletrasporto quantistico trasferisce di fatto le proprietà quantistiche del sistema dal nodo iniziale al nodo finale, senza letture intermedie che potrebbero compromettere l’elaborazione delle informazioni quantistiche», spiega Guccione. Si basa sulla comunicazione tradizionale e sull’entanglement quantistico tra i nodi di invio e ricezione. Anche se ha affrontato diversi ostacoli tecnici notevoli lungo il percorso, Guccione ha creato soluzioni semplici ma altamente innovative. Nel processo, HELIOS ha dimostrato l’entanglement ibrido della luce e ha fatto un’altra scoperta pionieristica. Come ricorda Guccione, «La versione migliorata ha dimostrato inoltre il primo esempio di entanglement swapping di uno stato ibrido della luce. Questa dimostrazione ha provato che una particella inizialmente intrappolata a un’altra particella è predisposta a diventare “entangled” a un’entità intrinsecamente diversa senza mai interagire in modo diretto con essa». In sintesi, prosegue Guccione, «Dalla generazione di stati entangled ibridi ad altri protocolli di comunicazione quantistica fondamentali, i punti salienti del progetto riguardano la realizzazione dell’entanglement swapping comprendente l’entanglement ibrido. Siccome le informazioni quantistiche non possono essere replicate o amplificate come i segnali tradizionali, l’entanglement swapping consente la formazione di ripetitori quantistici, circa l’equivalente quantistico degli estensori di frequenza tradizionali, nella rete». Questi risultati potrebbero essere importanti nel futuro delle reti quantistiche eterogenee, potenziando lo scambio sicuro di informazioni quantistiche e persino alla base dell’internet quantistico.
Correre per incontrare il futuro alla velocità della luce
HELIOS ha superato i limiti dell’elaborazione e del calcolo della comunicazione quantistica. Il gruppo ha dimostrato che le correlazioni quantistiche possono essere affermate non solo tra nodi che non avevano mai interagito, ma anche tra nodi basati su cifrature altrimenti incompatibili. Concludendo, spiega Guccione, «Mentre questo può rappresentare un singolo passo rispetto a futuri progressi, esso illustra il modo in cui la meccanica quantistica si sta spostando rapidamente da applicazioni del mondo reale soltanto teoriche ad applicazioni pratiche. La comunicazione quantistica “normale” potrebbe trasformarsi in realtà prima del previsto». Forse l’internet quantistico è più vicino di quanto immaginiamo, intrecciato e a una distanza ravvicinata in vista dell’entanglement swapping ibrido dimostrato di recente.
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