Arriva la rete quantistica superveloce

Trasportare informazioni alla velocità della luce sfruttando le particolarissime leggi della meccanica quantistica: è questo l’ambizioso obiettivo dei ricercatori dell’Institute for Experimental Physics della University of Innsbruck. Che, a quanto pare, sono sulla strada giusta: i fisici, coordinati da Tracy Northup e Rainer Blatt, sono riusciti a trasferire l’informazione relativa allo stato quantistico di un atomo di calcio in un fotone, una particella di luce. Secondo i ricercatori, tali informazioni potranno poi essere inviate a un atomo distante tramite fibre ottiche, rendendo possibile la costruzione di una rete internet per computer quantistici, in cui i dati viaggiano alla velocità della luce. Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Nature Photonics.

L’informatica quantistica si basa sui cosiddetti qubit, i “blocchi elementari” di informazioni associate allo stato quantistico di un atomo. I qubit sono estremamente più versatili dei bit tradizionali, in cui invece sono possibili solo due stati (acceso-spento), e permettono di eseguire operazioni di calcolo molto più velocemente rispetto ai computer attuali. Tra le tecnologie più promettenti per la costruzione di computer quantistici ci sono i cosiddetti sistemi a singoli atomi, in cui le particelle vengono confinate in una sorta di “trappole” ioniche e manipolate mediante laser.

Tutto sembra funzionare, almeno nei prototipi finora realizzati in laboratorio. Il problema arriva quando si cerca di trasferire l’informazione da un computer all’altro: è proprio su questo aspetto che hanno lavorato i ricercatori austriaci, che hanno avuto l’idea di “scrivere” su un fotone tutte le informazioni relative allo stato quantistico di un atomo. “Abbiamo intrappolato un singolo ione di calcio tra due specchi altamente riflettenti e poi abbiamo usato un laser per trascrivere l’informazione quantistica sugli stati elettronici dell’atomo”, spiega Andreas Stute, uno degli autori del lavoro. “A questo punto, l’atomo viene eccitato con un secondo laser e di conseguenza emette un fotone. L’informazione viene trasferita dall’atomo al fotone sfruttandone lo stato di polarizzazione [cioè la direzione dell’oscillazione, NdA]: in sostanza, è una ‘mappatura’ di uno stato quantistico su uno stato di polarizzazione”. A questo punto, il fotone inizia a “rimbalzare” tra i due specchi, finché, alla fine, non esce da uno di essi, meno riflettente dell’altro. “I due specchi sono in grado di guidare la particella di luce in una direzione specifica, per indirizzarlo verso la fibra ottica”, continua Stute.

Il prossimo passo, secondo i ricercatori, è la costruzione dell’altro capo della rete, in cui l’informazione compie il processo inverso, passando dal fotone all’atomo di un computer quantistico remoto. A questo punto, forse, una rete superveloce sarà davvero realizzabile.

Riferimenti: Nature Photonics doi:10.1038/nphoton.2012.358

Credits immagine: Harald Ritsch