Primo oggetto teletrasportato dalla Terra all'orbita

L'anno scorso, un razzo Long March 2D è decollato dal Jiuquan Satellite Launch Center nel deserto del Gobi trasportando un satellite chiamato Micius, dal nome di un antico filosofo cinese morto nel 391 a.C. Il razzo ha posizionato Micius in un'orbita sincrona con il Sole in modo che passi sopra lo stesso punto sulla Terra alla stessa ora ogni giorno.

Micius è un ricevitore di fotoni altamente sensibile in grado di rilevare gli stati quantistici di singoli fotoni sparati da terra. Questo è importante perché dovrebbe consentire agli scienziati di testare i mattoni tecnologici per varie prodezze quantistiche come entanglement, crittografia e teletrasporto.

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Oggi il team di Micius ha annunciato i risultati dei suoi primi esperimenti. Il team ha creato la prima rete quantistica satellite-terra, battendo il record per la distanza più lunga su cui è stato misurato l'entanglement. E hanno usato questa rete quantistica per teletrasportare il primo oggetto dalla terra all'orbita.

Il teletrasporto è diventato un'operazione standard nei laboratori di ottica quantistica di tutto il mondo. La tecnica si basa sullo strano fenomeno dell'entanglement. Ciò si verifica quando due oggetti quantistici, come i fotoni, si formano nello stesso istante e puntano nello spazio e quindi condividono la stessa esistenza. In termini tecnici, sono descritti dalla stessa funzione d'onda.

La cosa curiosa dell'entanglement è che questa esistenza condivisa continua anche quando i fotoni sono separati da grandi distanze. Quindi una misurazione su uno influenza immediatamente lo stato dell'altro, indipendentemente dalla distanza tra di loro.

Negli anni '90, gli scienziati si resero conto che potevano utilizzare questo collegamento per trasmettere informazioni quantistiche da un punto all'altro dell'universo. L'idea è di scaricare tutte le informazioni associate a un fotone in un posto e trasmetterle su un collegamento entangled a un altro fotone in un altro posto.

Questo secondo fotone assume quindi l'identità del primo. A tutti gli effetti, diventa il primo fotone. Questa è la natura del teletrasporto ed è stato eseguito molte volte nei laboratori sulla Terra.

Il teletrasporto è un elemento costitutivo di un'ampia gamma di tecnologie. Il teletrasporto a lunga distanza è stato riconosciuto come un elemento fondamentale in protocolli come le reti quantistiche su larga scala e il calcolo quantistico distribuito, afferma il team cinese.

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In teoria, non dovrebbe esserci una distanza massima su cui questo può essere fatto. Ma l'entanglement è una cosa fragile perché i fotoni interagiscono con la materia nell'atmosfera o all'interno delle fibre ottiche, causando la perdita dell'entanglement.

Di conseguenza, la distanza su cui gli scienziati hanno misurato l'entanglement o eseguito il teletrasporto è fortemente limitata. I precedenti esperimenti di teletrasporto tra luoghi distanti erano limitati a una distanza dell'ordine di 100 chilometri, a causa della perdita di fotoni nelle fibre ottiche o nei canali dello spazio libero terrestre, afferma il team.

Ma Micius cambia tutto ciò perché orbita a un'altitudine di 500 chilometri e, per la maggior parte di questa distanza, tutti i fotoni che effettuano il viaggio viaggiano nel vuoto. Per ridurre al minimo la quantità di atmosfera nel percorso, il team cinese ha installato la sua stazione di terra a Ngari in Tibet a un'altitudine di oltre 4.000 metri. Quindi la distanza dalla terra al satellite varia da 1.400 chilometri quando è vicino all'orizzonte a 500 chilometri quando è sopra la testa.

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Per eseguire l'esperimento, il team cinese ha creato coppie di fotoni entangled sul terreno a una velocità di circa 4.000 al secondo. Hanno quindi trasmesso uno di questi fotoni al satellite, che passava sopra la testa ogni giorno a mezzanotte. Hanno tenuto l'altro fotone a terra.

Infine, hanno misurato i fotoni a terra e in orbita per confermare che stava avvenendo l'entanglement e che erano in grado di teletrasportare i fotoni in questo modo. In 32 giorni hanno inviato milioni di fotoni e hanno trovato risultati positivi in ​​911 casi. Riportiamo il primo teletrasporto quantistico di qubit a fotone singolo indipendente da un osservatorio terrestre a un satellite in orbita terrestre bassa, attraverso un canale up-link, con una distanza fino a 1400 km, afferma il team cinese.

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Questa è la prima volta che un oggetto viene teletrasportato dalla Terra all'orbita e batte il record per la distanza più lunga per l'entanglement.

È un lavoro impressionante che pone le basi per obiettivi molto più ambiziosi in futuro. Questo lavoro stabilisce il primo up-link terra-satellite per il teletrasporto quantistico fedele e a lunghissima distanza, un passo essenziale verso Internet quantistico su scala globale, afferma il team.

Mostra anche l'evidente predominio e vantaggio della Cina in un campo che, fino a poco tempo fa, era guidato da Europa e Stati Uniti: Micius sarebbe sicuramente rimasto colpito. Ma una domanda importante ora è come risponderà l'Occidente.

Rif: arxiv.org/abs/1707.00934 : Teletrasporto quantistico da terra a satellite

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