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19 aprile 2023

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a cura dell'ICFO

Il teletrasporto quantistico è una tecnica che consente il trasferimento di informazioni quantistiche tra due oggetti quantistici distanti, un mittente e un ricevitore, utilizzando come risorsa un fenomeno chiamato entanglement quantistico.

La caratteristica unica di questo processo è che l'informazione effettiva non viene trasferita inviando bit quantici (qubit) attraverso un canale di comunicazione che collega le due parti; invece, le informazioni vengono distrutte in un luogo e appaiono nell'altro senza viaggiare fisicamente tra i due. Questa sorprendente proprietà è resa possibile dall’entanglement quantistico, accompagnato dalla trasmissione di bit classici.

Al giorno d’oggi c’è un profondo interesse per il teletrasporto quantistico nel campo delle comunicazioni quantistiche e delle reti quantistiche perché consentirebbe il trasferimento di bit quantici tra i nodi della rete su distanze molto lunghe, utilizzando l’entanglement precedentemente condiviso.

Ciò aiuterebbe l’integrazione delle tecnologie quantistiche nelle attuali reti di telecomunicazione ed estenderebbe le comunicazioni ultrasicure consentite da questi sistemi a distanze molto lunghe. Inoltre, il teletrasporto quantistico consente il trasferimento di informazioni quantistiche tra diversi tipi di sistemi quantistici, ad esempio tra luce e materia o tra diversi tipi di nodi quantistici.

Il teletrasporto quantistico è stato proposto teoricamente all'inizio degli anni '90 e sono state effettuate dimostrazioni sperimentali da diversi gruppi in tutto il mondo. Sebbene la comunità scientifica abbia acquisito una vasta esperienza su come eseguire questi esperimenti, rimane ancora una questione aperta su come teletrasportare le informazioni in modo pratico, consentendo una comunicazione quantistica affidabile e veloce su una rete estesa.

Sembra chiaro che tale infrastruttura dovrebbe essere compatibile con l'attuale rete di telecomunicazioni. Inoltre, il protocollo del teletrasporto quantistico richiede un'operazione finale da applicare sul qubit teletrasportato, condizionata al risultato della misurazione del teletrasporto (trasmesso tramite bit classici), al fine di trasferire l'informazione fedelmente e ad una velocità più elevata, caratteristica chiamato feed-forward attivo.

Ciò significa che il ricevitore richiede un dispositivo noto come memoria quantistica in grado di memorizzare il qubit senza degradarlo fino all’implementazione dell’operazione finale. Infine, questa memoria quantistica dovrebbe essere in grado di funzionare in modalità multiplex per massimizzare la velocità di teletrasporto delle informazioni quando il mittente e il destinatario sono lontani. Ad oggi, nessuna implementazione aveva incorporato questi tre requisiti nella stessa dimostrazione.

In un recente studio pubblicato su Nature Communications, i ricercatori dell’ICFO Dario Lago-Rivera, Jelena V. Rakonjac, Samuele Grandi, guidati dal Prof. dell’ICREA dell’ICFO Hugues de Riedmatten, hanno riferito di aver ottenuto il teletrasporto a lunga distanza di informazioni quantistiche da un fotone a un solido. qubit di stato, un fotone immagazzinato in una memoria quantistica multiplexata.

La tecnica prevedeva l'utilizzo di uno schema attivo di feed-forward, che, insieme alla multimodalità della memoria, ha consentito la massimizzazione del tasso di teletrasporto. L'architettura proposta era compatibile con i canali di telecomunicazione e consentiva quindi l'integrazione e la scalabilità future per la comunicazione quantistica a lunga distanza.

Il team ha costruito due setup sperimentali, che nel gergo della comunità vengono solitamente chiamati Alice e Bob. Le due configurazioni erano collegate da una fibra ottica di 1 km avvolta in una bobina, per emulare una distanza fisica tra le parti.