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Teletrasporto in rete: il risultato senza precedenti dei ricercatori olandesi che apre la strada a un Internet quantistico

Madrid Statistica quantitativa Avanza a piccoli passi da gigante. Piccolo perché i traguardi raggiunti rappresentano una rottura unica dei limiti, ma enorme perché ogni passo apre un mondo di infinite possibilità. Questo è lo stato della ricerca che ha condotto Ronald Hansonfisico Laboratorio QuTech subordinare Università di Delft (Paesi Bassi) che ha raggiunto -secondo Dopo questo mercoledì temperare la natura– Teletrasporto informazione quantistica Attraverso una rete primitiva senza una connessione diretta tra mittente e destinatario. Il teletrasporto di base è già stato raggiunto (lo ha già dimostrato il team di Hanson et al.), ma solo tra due punti, chiamati Alice S Bob, o tra nodi adiacenti. Ora unisciti a questa coppia Charlie da una distanza. I tre formano la prima rete che, seppur primitiva, permette di pensare ad a Internet quantisticocon infinite possibilità di calcolo e osservazione di un mondo fino ad allora sconosciuto.

Roland Hanson spiega in dettaglio l’importanza di questo Rete quantistica primaria: “Per la comunicazione quantistica, il nostro lavoro dimostra come la tecnologia può essere utilizzata trasferimento istantaneo In un ambiente di rete reale, con nodi che non hanno connessione diretta. Nella futura Internet quantistica, questo teletrasporto sarà il metodo principale per trasmettere informazioni quantistiche su grandi distanze. La nostra rete può essere pensata come un computer quantistico modulare (dove i nodi sono i moduli); Il nostro lavoro lo dimostra Contrarre Possono scambiare informazioni quantitative, anche se non si trovano su un singolo chip”.

Per comprendere i progressi compiuti dal team di Hanson, dobbiamo partire da precedenti conquiste che essi stessi hanno condiviso con altri grandi ricercatori in questa scienza. Il primo è dimostrare che il teletrasporto è possibile nel mondo quantistico. Ash Peres (Francia 1934, Israele 2005) gettano le basi in Lettere di revisione fisica nel 1993. Allora un giornalista gli chiese: “Nel caso del teletrasporto di una persona, il corpo passerà prima dell’anima?” Il fisico rispose: “Non il corpo, ma solo l’anima”.

Questo aneddoto è importante da capire Teletrasporto quantistico, dove la sostanza non viene trasmessa attraverso un mezzo, ma l’informazione che ne impartisce le proprietà. Come spiega Hanson: “La caratteristica principale del teletrasporto quantistico è che l’informazione quantistica stessa viene trasmessa a distanza: non viaggia nello spazio o attraverso le fibre. La coppia intrecciata (impigliatoIn inglese) a partire dal qubitche è la risorsa per implementare il teletrasporto (“teletrasporto”), viene preparato utilizzando un segnale sulle fibre. Un altro termine è stato coniato per questo fenomeno Albert Einstein Quando presenti questa possibilità Nel 1935 con Boris Podolsky e Nathan Rosennel cosiddetto paradosso EPR:il lavoro a distanza fa paura“.

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In questo modo, quando una particella è stata precedentemente intrecciata con un’altra, entrambe le particelle cessano di essere singole particelle con i loro stati specifici e diventano un sistema con un’unica funzione d’onda. Qualsiasi misurazione che si verifica su Alice viene immediatamente ripetuta su Bob. Ecco come spiega Hanson: “Misurare uno, sul posto, fa sì che anche l’altro scelga uno stato; in un certo senso, misurare uno misura anche l’altro. Questo è molto diverso dalla manipolazione di qubit: Se giriamo Alice, a Bob non succederà nulla. Quindi, lavoro spettrale da remoto [que planteó Einstein] Si riferisce solo a collegamento istantaneo nei risultati della misurazione. Se anche cose diverse dalla misurazione fossero trasmesse istantaneamente, sarebbe davvero possibile inviare messaggi a una velocità superiore a quella della luce. “

Alice, la ricevente di informazioni quantistiche teletrasportate; All’interno del cilindro di alluminio nero, il campione di diamante viene raffreddato a -270°C per ridurre il rumore ambientale e consentire il controllo quantitativoCredito: Marieke de Lorijn per QuTech.

Il teletrasporto è stato testato per un quarto di secolo, dai fotoni agli atomi e ai sistemi più complessi. cinque anni fa, Jian Wei Panil principale ricercatore in questo campo che lavora per Università di Scienza e Tecnologia della CinaCon la sua squadra, è stato in grado di teletrasportare fotoni dalla Terra al satellite Messioin orbita a quota 1400 km.

Lo stesso Jian-Wei Pan ha spiegato in questo articolo come questi risultati, fondamentali per l’informatica quantistica, debbano affrontare una “sfida tremenda”: l’esistenza di rumore e difetti. “Dobbiamo utilizzare la correzione quantistica degli errori e processi tolleranti agli errori per superare il rumore e scalare il sistema”, afferma.

Se la presenza di rumore e difetti può causare il fallimento del processo quantistico in un singolo computer in condizioni di laboratorio, il problema è aggravato da Operazione in rete. Questo è stato il grande risultato del team di Hanson: trasporto quantistico efficiente tra nodi non adiacenti nella rete.

In questo senso, il ricercatore olandese spiega: “Rumore e difetti sono una sfida per l’elaborazione delle informazioni quantistiche. In una rete quantistica, l’invio di informazioni attraverso i nodi può ridurre le fibre interferenti, ma ciò renderebbe le informazioni quantistiche vulnerabili al rumore e alle perdite dei canali delle fibre Invece, allora trasferimento istantaneo Consente la trasmissione di informazioni quantistiche tra nodi remoti senza soffrire di queste sorgenti di rumore. Teletrasporto richiesto groviglio come fornitore. Bob aiuta a creare questo groviglio tra Alice e Charlie, che non condividono il contatto fisico diretto. “

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Il processo è continuato Ricerche precedenti in cui Hanson ha ottenuto una rete per funzionare tra nodi vicini. La sfida era aggiungere un terzo nodo e creare uno stato tra i tre che sarebbero apparsi Correlazioni quantitative.

Nella nuova esperienza, Alice S Charlie Non hanno un contatto diretto tra loro, ma sono entrambi collegati Bob. I processori di Alice e Bob impostano il processo creando uno stato meshato tra i loro processori e Bob lo memorizza creando uno stato meshato con Charlie. Hanson riassume: “Dopo aver stabilito uno stato sinaptico tra Alice e Charlie, lo stato da teletrasportare viene creato e quindi eseguito”. “Quello che succede dopo è qualcosa che è possibile solo nel mondo quantistico: come risultato della misurazione, l’informazione scompare dal lato di Charlie e appare immediatamente dal lato di Alice”, spiega. Università olandese.

Juan José Garcia Ripollricercatore in Istituto di Fisica Fondamentale del Consiglio Supremo per la Ricerca Scientifica (CSIC) e co-fondatore di Inspiration-Q, il lavoro di Hanson e del suo team è molto rilevante: “È un esperimento molto complesso che dimostra tutti i principi necessari per creare reti di comunicazione quantistica”.

Per García Ripoll, che non è stato coinvolto nello studio olandese, “L’invio non solo di informazioni classiche (bit) ma anche di stati quantistici richiede un meccanismo che consenta la distribuzione di caso aggrovigliato Tra due punti remoti e una memoria quantistica che consente di trasmettere le informazioni durante la creazione di questo canale di comunicazione sulla base dell’entanglement, è possibile”.

Nell’esperimento di Hanson, centri NV“un tipo di inclusione di diamante che funziona”, spiega lo scienziato spagnolo, “come un qubit e può essere manipolato otticamente. Questo qubit, attraverso l’emissione di fotoniconsente di creare entanglement a lunga distanza.” NV-center è un difetto in cui a atomo di carbonio Nel reticolo cristallino del diamante è sostituito da a atomo di azoto (n) e Sito di rete adiacente libero (Quinto).

Un NV consente il rilevamento del momento magnetico e ha ampie applicazioni nella tecnologia quantistica. Secondo García Ripoll, “La NV o centro del colore può anche parlare dei momenti magnetici degli atomi circostanti e nell’esperimento [de Hanson] Lo usano per la memoria quantistica: trasferiscono le informazioni dalla NV a un file rotazione nucleare close (in un isotopo di carbonio-13).” “Le informazioni da trasmettere possono essere mantenute al sicuro per lungo tempo, liberando la NV per svolgere il compito di stabilire un collegamento con un altro nodo di comunicazione”, aggiunge.

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“A parte la qualità dell’esperimento, una dimostrazione di una sofisticata configurazione di comunicazione quantistica, con tre nodi e pochi Algoritmi Anche molto elaborato, getta le basi per estendere l’idea ad assiemi scalabili molto promettenti per la distribuzione dell’entanglement e la comunicazione quantistica”, conclude García Ripoll.

a I capelli di Adamofisico da Università di Siviglia La sua prima misurazione di una sequenza quantistica è riconosciuta come uno dei maggiori sviluppi della fisica, è troppo presto per parlare di internet quantistico, anche se l’esperimento come teletrasporto verso un nuovo nodo remoto è rilevante.

Capello cerca di semplificare il risultato per spiegare questo: “Hai uno stato quantico in una città che potrebbe essere Siviglia e vuoi inviarlo in un’altra città, Madrid. Hai bisogno di uno stato intrecciato di qubit tra Siviglia e Madrid. Questo è un protocollo di teletrasporto standard. La cosa interessante dell’esperimento è che non l’entanglement può essere dimostrato solo a una certa distanza. Diciamo, nell’esempio delle città, la distanza è di 500 km. Se vuoi inviare qubit da Siviglia a San Sebastian, devi salvare un file Impostazione della distanza. Questo è ciò che ha descritto Hanson: Non è più Siviglia – Madrid, è Siviglia – San Sebastian. Raddoppia la distanza.

“È una panoramica preliminare di cosa potrebbe essere la rete – riassumendo -. In altre parole, non è più un punto a punto, ma piuttosto più nodi possono iniziare a condividere. Ma parlare di Internet quantistico è una promessa di molto. Teletrasporto dell’informazione quantistica è molto utile e coinvolgerà molto Applicazioni. nessun dubbio”.

Allo stesso modo, i fisici Oliver Slattery S Il giovane Soo Kim Evidenziano i progressi compiuti da Hanson e dal suo team come un passo importante e “decisivo” nella creazione di un Internet di prossima generazione quantitativo e sicuro. Sottolineano inoltre l’importanza delle innovazioni sviluppate per realizzare il processo: preparazione, manipolazione e lettura degli stati quantitativi.

Tuttavia, entrambi i fisici sottolineano: “Per abilitare saranno necessari ulteriori miglioramenti a più funzionalità del sistema Più round di teletrasporto Produce reti quantistiche su larga scala”.

Di Raoul Limone