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Un team di scienziati austriaci ha sviluppato nuovi metodi per perfezionare il dominio sperimentale di sistemi quantistici complessi – fondamentali per il futuro di tecnologie come i computer quantistici e la crittografia quantistica – che potrebbero consentire il teletrasporto di sistemi quantistici complessi.

Negli ultimi anni, grandi aziende come Google e IBM hanno gareggiato con istituti di ricerca di tutto il mondo per produrre bit quantici interlacciati – che, come i bit ordinari nei computer convenzionali, sono la più piccola unità di informazione nei sistemi quantistici – in quantità crescenti. L’obiettivo: sviluppare un computer quantistico funzionale.

Secondo un nuovo studio, pubblicato il 29 ottobre sulla rivista Nature, i fisici dell’Università di Vienna e dell’Accademia delle Scienze austriaca hanno proposto l’uso di sistemi quantici più complessi rispetto ai bit quantistici a coppia intrecciata per aumentare la capacità di informazione trasmesso con lo stesso numero di particelle.

Per aumentare questa capacità, la nuova ricerca si è concentrata sulla sua complessità piuttosto che aumentare il numero di particelle coinvolte. “La differenza nella nostra esperienza è che, per la prima volta, questa coinvolge tre fotoni oltre la convenzionale natura bidimensionale“, ha spiegato l’autore principale dello studio, Manuel Erhard.

L’equipe degli scienziati usava sistemi quantistici con più di due stati possibili – in questo caso particolare, il momento angolare delle singole particelle di luce. Questi singoli fotoni hanno una capacità di informazione superiore rispetto ai bit quantici.

L’intreccio di queste particelle, tuttavia, si è dimostrato difficile a livello concettuale. Ma i ricercatori hanno superato la sfida usando un algoritmo informatico, chiamato Melvin, che cerca un’implementazione sperimentale. In questo modo, hanno determinato la migliore configurazione sperimentale per produrre l’interlacciamento.

Dopo alcune semplificazioni nella configurazione sperimentale, i fisici hanno ancora affrontato importanti sfide tecnologiche. Per risolverli, hanno utilizzato la tecnologia laser all’avanguardia e una multi-porta appositamente sviluppato. “Questa multi-porta è il cuore della nostra esperienza e combina i tre fotoni in modo che siano intrecciati in tre dimensioni“, ha spiegato Erhard.

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Lo sforzo è stato ripagato

La proprietà peculiare dell’interconnessione a tre fotoni dovrebbe ora consentire l’indagine sperimentale di nuove domande fondamentali sul comportamento dei sistemi quantistici.

Inoltre, i risultati di questo studio possono anche avere un impatto significativo sulle tecnologie future, come il teletrasporto quantico. “Penso che i metodi e le tecnologie che sviluppiamo ci consentano di teletrasportare una percentuale maggiore delle informazioni quantistiche totali di un singolo fotone, che potrebbe essere importante per le reti di comunicazione quantistica“, ha affermato un altro ricercatore coinvolto nello studio.

Ma più ancora, arriverà il momento in cui sarà possibile aumentare ulteriormente la complessità dei sistemi quantistici teletrasportati – forse fino al punto di farlo con oggetti o esseri viventi. Qualcosa che ancora oggi è solo nel campo delle idee più selvagge della fantascienza.