I team di ricerca Nanophotonics e Quantum Lab della Sapienza di Roma hanno realizzato con successo il primo teletrasporto quantistico collegando sorgenti di fotoni situate in tre laboratori diversi della Città universitaria. La ricerca è pubblicata su Nature Communications.
Una comunicazione più veloce e più sicura è oggi al centro di molte ricerche di meccanica quantistica. La realizzazione di reti quantistiche, cioè insiemi di nodi distanti collegati tramite correlazioni quantistiche, rappresenta il passo chiave verso un nuovo tipo di connettività globale: l’Internet quantistico.
Il trasferimento dell’informazione avverrà grazie al teletrasporto quantistico, un processo che permette di trasferire stati quantistici tra luoghi remoti senza inviare fisicamente il segnale. Questo è possibile sfruttando l’entanglement, una proprietà di correlazione a distanza tipica dei sistemi quantistici, come i singoli fotoni.
L’esperimento alla Sapienza: tre laboratori collegati tramite fotoni entangled
Lo studio, pubblicato su Nature Communications, nasce dalla collaborazione tra due gruppi del Dipartimento di Fisica della Sapienza — Nanophotonics e Quantum Lab — guidati rispettivamente da Rinaldo Trotta e Fabio Sciarrino. I ricercatori hanno dimostrato come realizzare un protocollo di teletrasporto quantistico attraverso il campus universitario, collegando tre nodi situati in laboratori distinti e utilizzando Quantum Dot, tra i più efficienti emettitori di luce per applicazioni di comunicazione quantistica.
L’aspetto davvero innovativo dell’esperimento consiste nell’utilizzo di Quantum Dot inizialmente non identici e collocati in laboratori diversi. In genere, il teletrasporto quantistico richiede sorgenti di fotoni perfettamente identiche — estremamente difficili da produrre. In questa occasione, tuttavia, i ricercatori hanno dimostrato che è possibile “accordare” attivamente le frequenze di due sorgenti diverse tramite campi magnetici e deformazione meccanica, rendendole compatibili e utilizzabili per il teletrasporto.
Come funziona il teletrasporto quantistico realizzato alla Sapienza
“Un primo fotone, sul quale era caricato lo stato da teletrasportare, ha viaggiato da un laboratorio all’altro attraverso una fibra ottica fino a interferire con un secondo fotone emesso da un diverso Quantum Dot”, spiega Alessandro Laneve, tra gli autori dello studio. “L’interferenza ha attivato il teletrasporto quantistico dello stato del primo fotone su un terzo fotone, entangled con il secondo. Questo terzo fotone ha poi viaggiato attraverso un canale in aria dall’Edificio Marconi all’Edificio Fermi, dove è stato analizzato”.
Il trasferimento dell’informazione tra i due fotoni è avvenuto senza che le particelle abbiano mai interagito direttamente, con un’accuratezza dell’82%, ben superiore ai limiti della comunicazione classica.
Un risultato particolarmente rilevante è che il teletrasporto è stato realizzato non solo in laboratorio, ma anche in un contesto pratico e realistico, utilizzando una rete ibrida fibra-aria che collega due edifici della città universitaria.
Quantum Dot e reti quantistiche: una tecnologia già matura
L’obiettivo ultimo della ricerca sul teletrasporto quantistico è gettare le basi per un futuro Internet quantistico realmente utilizzabile. Per raggiungere questo traguardo servono sorgenti di luce quantistica affidabili, stabili e ad alta produzione di fotoni. I Quantum Dot rappresentano una delle soluzioni più promettenti, pur presentando ancora irregolarità nella fabbricazione.
Questo studio dimostra che la diversità tra sorgenti quantistiche non è un problema insormontabile: con adeguati metodi di accordo e sincronizzazione, Quantum Dot diversi possono essere impiegati in reti quantistiche reali. Di fatto, il loro utilizzo nei nodi delle future quantum network non solo è possibile, ma si profila già come una soluzione matura per la comunicazione quantistica di nuova generazione.
