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I ricercatori di Delft stanno compiendo un passo verso un Internet quantistico sicuro

La prima rete quantistica – con tre nodi – è reale. Questa rete su piccola scala, costruita presso Delft Lab, è un passo importante verso un “Internet quantistico” più ampio e sicuro per la creazione di comunicazioni sicure e la connessione di potenti computer quantistici futuri.

Le informazioni quantitative possono essere trasmesse su una rete quantistica. Con normali connessioni Internet e computer, le informazioni sono costituite da bit che sono 1 o 0. Le informazioni quantistiche sono costituite da qubit, che possono essere una combinazione di 1 e 0. Di conseguenza, contengono più informazioni rispetto ai bit normali. Inoltre, puoi intrecciare i qubit, in modo che formino un legame speciale tra loro. Quando misuri due qubit entangled, danno sempre, istantaneamente, la stessa risposta, anche se ne mandi uno dall’altra parte dell’universo.

Intreccio fratturato

Grazie all’entanglement, l’internet quantistica ha una serie di proprietà speciali e utili. Ad esempio, garantisce che nessuno possa origliare la tua comunicazione quantistica inosservato. In questo modo, stai distruggendo l’intreccio. Questo è utile per inviare informazioni sensibili.

È già possibile una semplice comunicazione quantistica con connessioni dirette tra due sistemi. Ma se vuoi costruire un Internet quantistico su larga scala, hai bisogno di nodi che colleghino altri nodi. I ricercatori di Delft hanno dimostrato che ciò può essere ottenuto interlacciando due qubit e un nodo quantistico intermedio. I loro risultati Giovedì a mezzogiorno a Scienza.

“Ciascuno dei tre nodi della nostra rete è costituito da un chip di diamante”, afferma Sophie Hermans, dottoranda presso il QuTech Research Group di Delft, che ha condotto l’esperimento. Questo è un “falso” diamante in esso: un punto in cui un atomo di carbonio è stato sostituito da un atomo di azoto, e accanto ad esso c’è un buco in cui manca un atomo di carbonio. Un elettrone in più intrappolato in questo bug. “Questi sono i nostri cavalli da lavoro, i qubit”, spiega Hermans. “Per assicurarci che i qubit sensibili si rompano il meno possibile, li raffreddiamo fino a -269 gradi Celsius.”

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Alice, Bob e Charlie Chips

I ricercatori di Delft hanno effettivamente collegato due chip, chiamati Bob e Charlie, in laboratorio (ma non ancora collegati) a un cavo in fibra ottica lungo due metri. Il terzo chip – Alice – è in un’altra stanza e collegato a Bob con 30 metri di fibra. Bob è il nodo intermedio e quindi ha un secondo qubit, che funge da memoria. Per collegare il reticolo, Alice e Bob si collegano prima tra loro con l’aiuto dei fotoni (particelle di luce) emessi dagli elettroni che viaggiano attraverso la fibra di vetro. Questa sinapsi è immagazzinata nel qubit di memoria di Popeye. Ora qbit Alice e la memoria di Bob sono intrecciate. L’altro Qubit Pop rimane quindi impigliato con Charlie e la rete è completa.

“Abbiamo utilizzato la griglia in due modi”, dice Hermans. “Per prima cosa, abbiamo collegato i qubit di memoria di Pop agli altri qubit, facendo sì che i tre segmenti restassero intrecciati”. Una tale rete di interblocco può essere utilizzata, ad esempio, per sincronizzare accuratamente gli orologi atomici.

Inoltre, i ricercatori hanno modificato la rete rimuovendo Bob e quindi il “teletrasporto” dell’entanglement con Alice e Charlie. Questi non sono fisicamente legati alla fibra di vetro, ma solo attraverso la loro reticolazione. Bob non sarà più in grado di sentire inosservato la connessione tra Alice e Charlie. Ciò è utile per reti quantistiche più grandi. Quindi Bob è una sorta di fornitore di comunicazioni quantistiche che si connette ad altri, ma non può ascoltare da solo.

Penso che sia incredibilmente buono

Gerhard Rimby Istituto Max Planck

“Ciò che è importante della nostra esperienza è che riceviamo un segnale immediatamente quando siamo riusciti a interlacciare i nodi. Ciò garantisce che la rete sia scalabile per includere più nodi e processi più complessi”, afferma Hermans. In altri esperimenti con tre nodi, ad esempio, solo allora si poteva vedere che l’entanglement funzionava.

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I fisici quantistici non coinvolti sono entusiasti dell’esperimento. “Penso che sia straordinariamente buono”, afferma il professor Gerhard Rimby dell’Istituto tedesco Max Planck per l’ottica quantistica. “Costruire una rete quantistica è una delle maggiori sfide nella ricerca sulla fisica quantistica. Collegare più nodi è tecnicamente difficile perché c’è il rischio che i fattori ambientali disturbino i qubit sensibili”.

Hermann non crede che un Internet quantistico sostituirà l’attuale Internet. La trasmissione di informazioni quantistiche è più difficile e richiede tempo rispetto alle informazioni normali. Se ciò non è necessario, la rete esistente sarà più semplice. La rete quantistica potrebbe diventare una connessione aggiuntiva per la crittografia sicura e per la comunicazione con computer quantistici futuri, grandi e potenti.