L'entanglement quantistico su 30 miglia di fibra ha avvicinato Internet super sicuro

Un'immagine di fibra ottica Pixabay

Albert Einstein non voleva avere niente a che fare con questo: prendeva in giro lo strano concetto di entanglement quantistico come azione spettrale a distanza. Ma cento anni dopo, lo spauracchio di Einstein potrebbe contribuire a creare un Internet più sicuro, grazie alla tecnica più affidabile mai realizzata per intrappolare i nodi lungo chilometri di cavo in fibra ottica.

Con l'entanglement, un oggetto può essere inserito in una sovrapposizione quantistica di più stati, come il gatto di Schrödinger, sia vivo che morto contemporaneamente, e quella sovrapposizione può essere condivisa con un altro oggetto. In teoria, questi oggetti manterranno quella connessione anche quando sono separati, in modo che la misurazione dell'uno riveli lo stato dell'altro, non importa quanto lontano.

Questo non è solo di interesse per i fisici quantistici. Un Internet quantistico consentirebbe una comunicazione ultra sicura di messaggi sensibili. Una tecnica consiste nel crittografare una coppia di chiavi digitali, una tecnologia nota come distribuzione di chiavi quantistiche (QKD). Se due persone hanno entrambe queste chiavi, possono parlare senza timore di essere spiate, perché un intercettatore cambierebbe lo stato delle chiavi e verrebbe scoperto.

Ma QKD si basa sulla misurazione dello stato delle chiavi con crittografia quantistica e poiché tale misurazione può essere influenzata dalle condizioni nei dispositivi di invio e ricezione, è necessario conoscere le loro esatte condizioni fisiche. Questo può essere impraticabile, perché anche piccole fluttuazioni fisiche possono alterare le misurazioni.

Ecco perché le stranezze dell'entanglement quantistico sono state colte per formare la base di un approccio ancora migliore. L'entanglement è molto più difficile da realizzare, ma a lungo termine potrebbe fornire un Internet quantistico più utile delle chiavi quantistiche. Entangling nodi su una rete, si stabilisce una connessione tra le particelle entangled che bypassa i dispositivi stessi, evitando il requisito irrealistico di conoscere il loro stato esatto.

Almeno in linea di principio. In pratica, anche l'entanglement richiede condizioni ideali. I sistemi quantistici sono sensibili ai più piccoli disturbi: uno sbalzo di temperatura o un leggero movimento può mandare tutto all'aria. Un esperimento rivoluzionario nel 2015 ha mostrato che l'entanglement quantistico funzionava su una distanza di poco meno di un miglio (1,3 chilometri). Negli anni successivi, i ricercatori hanno separato le particelle aggrovigliate inviandole lungo le fibre ottiche e persino su un satellite e ritorno. Ma l'affidabilità è stata molto bassa.

In un articolo su Nature oggi, Pan Jian-Wei dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina, a Hefei, e i suoi colleghi descrivono un esperimento in cui dimostrano entanglement attraverso più di 30 miglia di fibra arrotolato in un laboratorio, con errori di trasmissione inferiori rispetto ai tentativi precedenti. Questo è un grande miglioramento, dice Pan, che a volte è chiamato il padre del quantistico.

Il trucco era trovare modi efficienti per intrappolare due particelle. Il team ha utilizzato un atomo, che è rimasto fermo, e un fotone, che è stato inviato lungo la fibra. Hanno scoperto di essere in grado di creare una coppia di nodi aggrovigliati in modo molto più affidabile di quanto dimostrato in esperimenti precedenti, incluso quello che fissava il parametro di riferimento del miglio, che ha battuto di cinque ordini di grandezza.

Quanto è importante questo risultato? È bello, ma non così grande come sembra, dice Stefania Wehner , ricercatore presso QuTech, un centro di ricerca sull'informatica quantistica e su Internet quantistico a Delft, nei Paesi Bassi. Il team di Pan ha utilizzato 30 miglia di fibra a spirale, che richiede ancora un livello impressionante di controllo sull'intero sistema, ma dimostrare l'entanglement tra due nodi in una posizione è molto più semplice rispetto a quando sono in realtà A 30 miglia di distanza.

Ma la distanza è una cosa. Il team di Pan afferma inoltre che la sua configurazione è più affidabile rispetto agli esempi precedenti e quindi pone le basi migliori per una vera Internet quantistica. Avendo dimostrato le tecniche con una fibra a spirale, pensa che possano facilmente estenderle per lavorare in linea retta. I metodi sviluppati in questo lavoro potrebbero essere usati per costruire reti quantistiche tra le città nel prossimo futuro, dice.

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