Esperimento Rivoluzionario Dimostra il Teletrasporto Quantistico Quasi Privo di Errori
TURKU, Finlandia – Portami su, Scotty! In uno studio che sembra uscito da un episodio di Star Trek, un team internazionale di ricercatori ha realizzato un’impresa notevole nel campo del teletrasporto quantistico. Sono riusciti a eseguire un teletrasporto quantistico quasi perfetto nonostante la presenza di rumore che normalmente interrompe la trasmissione degli stati quantistici.
Il teletrasporto quantistico prevede il trasferimento dello stato di una particella quantistica (qubit) da un luogo a un altro senza inviare la particella stessa. Questo trasferimento richiede risorse quantistiche, come l’entanglement tra una coppia aggiuntiva di qubit.
Immagina di aver scritto un messaggio segreto su un pezzo di carta. Vuoi inviare questo messaggio a qualcuno lontano senza che nessun altro lo veda. Con il teletrasporto quantistico, invece di inviare fisicamente il documento, creeresti una copia esatta del messaggio nell’altro luogo distruggendo il messaggio originale. Ciò richiede alcuni mezzi speciali come l’entanglement, che è una connessione misteriosa tra due qubit.
In uno scenario ideale, il teletrasporto dello stato del qubit può avvenire senza errori. Tuttavia, nel mondo reale sono sempre presenti rumore e interferenze, proprio come le interferenze possono disturbare una conversazione telefonica o un segnale radio. Questo rumore può influenzare in modo significativo la qualità del processo di teletrasporto.
Nel nuovo studio, pubblicato sulla rivista Science Advances , gli scienziati dell’Università di Turku in Finlandia e dell’Università di Scienza e Tecnologia della Cina hanno sviluppato un nuovo metodo di teletrasporto quantistico che supera questo rumore e raggiunge un alto tasso di successo. La chiave del successo è l’uso dell’entanglement ibrido multiparte, che equivale a un entanglement controllato dei qubit con il loro ambiente locale.
“Il lavoro si basa sull’idea di diffondere l’entanglement – prima di eseguire il protocollo di teletrasporto – oltre i qubit utilizzati, sfruttando cioè l’entanglement ibrido tra diversi gradi di libertà fisica”, afferma l’autore dello studio Jyrki Piilo, professore presso l’Università di Turku, in un comunicato stampa.
Immagina di aver scritto un messaggio segreto su un pezzo di carta e informazioni aggiuntive su un altro pezzo di carta. Combinando attentamente queste due informazioni, puoi creare un modo nuovo e più efficace di trasmettere il messaggio segreto, meno influenzato da interferenze o rumori esterni.
Nel loro esperimento, i ricercatori hanno utilizzato fotoni (particelle di luce) per codificare i qubit, con la polarizzazione dei fotoni che rappresenta gli stati quantistici e le loro frequenze che rappresentano gli ambienti locali. Hanno sintonizzato attentamente le correlazioni iniziali tra la polarizzazione e la frequenza dei fotoni per creare questo stato ibrido multiparte.
Il processo funziona così: il trasmettitore sottopone il suo fotone a uno sfasamento controllato che annulla le correlazioni iniziali. Quindi effettua una misurazione congiunta della sua parte della coppia entangled e del qubit teletrasportato. Questa misurazione non solo intreccia i qubit del trasmettitore, ma converte anche l’entanglement ibrido in un entanglement locale del qubit e dell’ambiente sul lato del ricevitore. Infine, il ricevitore applica un’operazione speciale basata sul risultato della misurazione del trasmettitore e sottopone il suo fotone a sfasamento, trasformando l’entanglement dell’ambiente qubit nello stato quantico desiderato.
Il team ha dimostrato il proprio protocollo utilizzando una configurazione completamente ottica e ha teletrasportato con successo diversi stati quantistici con un’affidabilità costantemente al di sopra del limite classico, anche in presenza di decoerenza, ovvero rumore e interferenza negli stati quantistici. In particolare, il loro protocollo non richiede che i qubit entangled violino le disuguaglianze di Bell, una misura standard delle correlazioni non locali, durante la misurazione congiunta. Si tratta di un allontanamento significativo dalla saggezza convenzionale secondo cui sono necessarie forti correlazioni non locali per il successo del teletrasporto quantistico. (Vedi risultati di studio )
“Anche se abbiamo condotto numerosi esperimenti su vari aspetti della fisica quantistica con i fotoni nel nostro laboratorio, è stato molto emozionante e gratificante vedere questo impegnativo esperimento di teletrasporto completato con successo”, afferma l’autore dello studio, il Dr. Zhao-Di Liu dell’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina.
Le implicazioni di questo lavoro vanno oltre il teletrasporto quantistico. La capacità di sfruttare l’entanglement ibrido multiparte e di convertirlo in utili correlazioni quantistiche apre nuove possibilità per l’elaborazione e la comunicazione delle informazioni quantistiche. Ad esempio, i ricercatori suggeriscono che la loro tecnica potrebbe essere utilizzata per trasmettere qualsiasi stato multiquadrante attraverso ambienti sfasati, superando così i confini dei sottospazi privi di decoerenza.
Sebbene lo studio attuale sia una dimostrazione del concetto, pone le basi per la ricerca futura sul ruolo dell’entanglement ibrido nella lotta alla decoerenza. Il lavoro del team evidenzia inoltre l’importanza della preparazione dello stato nelle tecnologie quantistiche e getta nuova luce sul concetto di riciclaggio dell’entanglement.
Con l’avanzare delle tecnologie quantistiche, la capacità di superare la decoerenza e preservare la delicata natura degli stati quantistici diventa sempre più importante. Questo studio innovativo offre un nuovo approccio promettente per raggiungere questo obiettivo e apre la strada a sistemi di comunicazione e calcolo quantistici più robusti ed efficienti. Con ulteriori attività di ricerca e sviluppo, la potenza dell’entanglement ibrido multiparte potrebbe aiutare a sbloccare l’intero potenziale delle tecnologie quantistiche e avvicinarci a un futuro abilitato ai quanti.
Fonte : StudyFinds
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