Scienziati riescono a creare il Teletrasporto quantistico tra gli oggetti macroscopici
05/12/2012
Teletrasporto quantistico è una tecnica che consente di trasferire tra luoghi distanti, gli stati quantici di oggetti. La tecnica è già stata realizzata con singoli fotoni, fra fotoni e materia e tra i singoli ioni. Ora,
i ricercatori da Cina e Germania sostengono di essere riusciti per la
prima volta a creare il teletrasporto quantistico tra gli oggetti
macroscopici – che possono aiutare nello sviluppo di computer
quantistici.
La notizia che riportiamo di seguito, viene riferita anche dal quotidiano on line Phys.org e da Repubblica.it che appunto parlano
di un team di ricercatori che ha realizzato il trasferimento
quantistico su un sistema atomico della grandezza di un millimetro. Il
nuovo risultato sarà fondamentale per gli elaboratori che verranno.
Tratto da Repubblica.it
Se si pensa al teletrasporto, la prima cosa che viene in mente è la serie di Star Trek.
Le avventure del capitano Kirk sono però molto lontane nel futuro, ed
un sistema di teletrasporto come quello dell’Enterprise resta ancora nel
mondo della fantascienza. Ma esiste un sistema alternativo, che sfrutta
le leggi della Meccanica Quantistica e permette di “teletrasportare”
piccole quantità di informazioni.
Passo dopo passo, gli scienziati stanno
imparando ad applicare questo teletrasporto quantistico a sistemi fisici
sempre più complessi. L’ultima novità in questo campo arriva da un team
coordinato da Jian-Wei Pan del Hefei National Laboratory for Physical Sciences at the Microscale , della University of Science and Technology of China e dell’Università di Heidelberg.
Il gruppo di ricercatori ha infatti applicato per la prima volta il
teletrasporto quantistico a un gruppo di 100 milioni di atomi di
rubidio.
La ricerca, pubblicata sui Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS),
è il primo successo nel teletrasporto quantistico di oggetti
macroscopici. Oltre a far felici gli appassionati di fantascienza,
questo nuovo risultato potrebbe avere un ruolo chiave nello sviluppo
dei futuri computer basati sul calcolo quantistico.
Informazioni quantistiche. Prima di tutto bisogna specificare
che l’esperimento quantistico condotto da Pan e colleghi è ben diverso
dai sistemi di teletrasporto a cui ci ha abituato la fantascienza. In
questo caso infatti non viene trasportato un intero sistema fisico, ad
esempio scomponendolo e ricomponendolo in un’altra parte dello spazio.
Nel teletrasporto quantistico viene trasportata una piccola quantità di
informazione sullo stato quantistico di un sistema fisico, ad esempio
sugli stati di eccitazione dei suoi atomi. Dal momento che questo
sistema si basa sulle leggi della Meccanica Quantistica, l’informazione
non viene rappresentata dai comuni bit usati nei dispositivi elettronici
classici. In questo caso si sfrutta il qbit, che in sostanza è il
“cugino” quantistico del bit.
A differenza dei bit classici, che possono assumere i due stati
binari 0 e 1, i qbit possono assumere molti più valori, dovuti alla
sovrapposizione quantistica degli stati 0 e 1. E’ proprio questa la
principale differenza fra i computer odierni e quelli futuri computer
basati sul calcolo quantistico. Per elaborare le informazioni infatti, i
secondi sfruttano le leggi della Meccanica Quantistica, come la
sovrapposizione e la correlazione di stati quantistici, permettendo così
una velocità di calcolo molto maggiore. Il teletrasporto di qbit
realizzato in questo è quindi una versione quantistica del trasferimento
di dati fra due unità di memoria.
Grovigli di quanti. Questa forma di teletrasporto è infatti
resa possibile dai fenomeni descritti dalla Meccanica Quantistica, fra
cui il cosiddetto entanglement. L’entanglement, che in italiano si
potrebbe tradurre con “groviglio”, si verifica quando due particelle, ad
esempio due elettroni, si trovano ad interagire e vengono
successivamente separate. Questo “incontro ravvicinato” contribuisce a
creare una correlazione fra gli stati quantistici delle due particelle,
ovvero il loro “comportamento”. Di conseguenza, misurando le
caratteristiche della prima particella è possibile risalire, anche se
con un certo grado di incertezza, allo stato della seconda particella.
La cosa sorprendente dell’entanglement, che non ha alcun corrispettivo
nella fisica classica, è che in questo modo è possibile “prevedere” lo
stato quantistico di una particella anche se essa si trova molto
lontana. Apparentemente si tratterebbe di una azione istantanea, in
contraddizione con i principi della Relatività. Infatti, ogni
interazione fra due corpi richiede un certo tempo, dovuto alla
propagazione della velocità della luce, che viaggia a velocità finita.
Questo paradosso, già osservato nel 1935 da Albert Einstein, Boris
Podolsky e Nathan Rosen, non crea però davvero problemi ai fondamenti
della Relatività. Infatti, anche usando l’entanglement, non è possibile
trasportare istantaneamente informazioni.
Teletrasporto di quanti. In questo nuovo esperimento di
teletrasporto quantistico infatti, l’entanglement viene sfruttato per
codificare e decodificare un qbit. I ricercatori hanno infatti
teletrasportato l’informazione relativa ad un complesso sistema di circa
100 milioni di atomi di rubidio grande circa 1 millimetro.
Considerando
che esperimenti simili in passato erano stati condotti su singole
particelle o su ioni, questo risultato rappresenta un passo avanti
estremamente importante. In laboratorio gli scienziati hanno preparato
una coppia entangled, cioè correlata, di questo granello di rubidio, e
li hanno posti a circa mezzo metro di distanza. I due sistemi sono stati
poi connessi da una fibra ottica lunga circa 150 metri arrotolata su sé
stessa.
Nella
prima fase del teletrasporto quantistico, gli scienziati hanno mappato
lo stato di eccitazione degli atomi di rubidio in un fotone, cioè un
“pacchetto” di luce, che ha viaggiato lungo la fibra ottica.
Dall’interazione del fotone “messaggero” con un altro fotone e con il
secondo sistema di atomi, è stato possibile così trasportare il qbit al
secondo sistema.
Gli scienziati hanno valutato che il
teletrasporto è avvenuto con successo nell’88% dei casi. Questo processo
rappresenterebbe quindi un sistema affidabile per trasportare dati fra
due gruppi di atomi che si comportano come delle vere e proprie memorie
quantistiche.
Verso i computer quantistici. Il
teletrasporto quantistico potrebbe presto avere infatti varie
applicazioni nello sviluppo di reti e computer quantistici. I sistemi
come gli atomi di rubidio potrebbero infatti comportarsi come memorie
quantistiche, come ricorda lo stesso Pan: “Da un punto di vista più
pratico, il teletrasporto fra nodi di memoria quantistica potrebbe
essere un modulo nelle future reti quantistiche per scambiare e
trasferire informazioni. Un esperimento simile è stato condotto con
singoli ioni. Il nostro esperimento, tuttavia presenta un tasso successo
molto più alto”. Dovremo quindi aspettare ancora un po’ per costruire
un teletrasporto in stile Star Trek, ma grazie ai fenomeni quantistici
almeno i computer dell’Enterprise potrebbero essere davvero dietro
l’angolo.
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