La comunicazione quantistica su lunghe distanze è parte integrante della sicurezza delle informazioni, è stata dimostrata con stati bidimensionali (qubit) su distanze molto lunghe tra i satelliti, ciò può sembrare sufficiente se lo confrontiamo con la sua classica controparte, ovvero l’invio di bit, uno alla volta, che possono essere codificati in 1 (segnale) e 0 (nessun segnale). Tuttavia, l’ottica quantistica ci consente di aumentare l’alfabeto e di descrivere con sicurezza sistemi più complessi in un unico scatto, come un’impronta digitale unica o un volto.
La ricerca condotta da un team internazionale dell’Università del Witwatersrand, Johannesburg, e dell’Istituto di Scienze Fotoniche (ICFO), Spagna, è stata pubblicata nella rivista Nature, dimostra il trasporto simile al teletrasporto di “modelli” di luce. È questo il primo metodo che attraverso una rete, può trasportare immagini senza inviare fisicamente l’immagine, un cruciale passo in avanti verso la realizzazione di una rete quantistica per stati “entangled” ad alta dimensione. Entanglement (“intrecciamento”) è una proprietà che lega tra loro due o più particelle, rendendole, per così dire “telepatiche”.
Andrew Forbes, ricercatore principale dell’Università del Witwatersrand ha affermato:
«Tradizionalmente, anche nel regno quantistico due parti comunicanti inviano fisicamente le informazioni dall’una all’altra. Ora è possibile teletrasportare le informazioni in modo che non viaggino mai fisicamente attraverso la connessione, una tecnologia alla “Star Trek” resa reale».
Il teletrasporto sfortunatamente è stato finora dimostrato solo con stati tridimensionali (immagina un’immagine di tre pixel), quindi necessitano di ulteriori fotoni entangled per raggiungere dimensioni più elevate.
Il team internazionale in questa ricerca, con due soli fotoni entangled come risorsa quantistica, ha eseguito la prima dimostrazione sperimentale del trasporto quantistico di stati ad alta dimensione, con il risultato che l’informazione sembra essere “teletrasportata” dal mittente al destinatario.
Il team internazionale in questo ulteriore passo in avanti della sperimentazione, ha utilizzato un rivelatore ottico non lineare che aggira la necessità di fotoni aggiuntivi, ma che funziona per qualsiasi “schema” che deve essere inviato.
I ricercatori in questo nuovo sviluppo all’avanguardia di 15 dimensioni, con lo schema scalabile a dimensioni ancora più elevate, hanno aperto la strada a connessioni di rete quantistiche con un’elevata capacità di informazione.
Applicazioni pratiche in ambito bancario
Il potenziale di questo nuovo protocollo di trasporto quantistico è illustrato nella Fig. 1. Immaginiamo che un cliente desideri inviare informazioni sensibili a una banca, ad esempio un’impronta digitale. Le informazioni nella comunicazione quantistica tradizionale, devono essere inviate fisicamente dal cliente alla banca, sempre con il rischio di essere intercettate (anche se sono sicure). La banca nel nuovo schema di trasporto quantistico proposto, invia un singolo fotone (uno di una coppia entangled) senza informazioni al cliente, che lo sovrappone a un rivelatore non lineare con le informazioni da inviare, di conseguenza, l’informazione appare alla banca esattamente come se fosse stata teletrasportata, non viene mai inviata fisicamente alcuna informazione tra le due parti, per cui l’intercettazione è infruttuosa, mentre il collegamento quantistico che unisce le parti è stabilito dallo scambio di fotoni entangled quantistici.
Andrew Forbes spiega:
«Questo protocollo ha tutte le caratteristiche del teletrasporto, tranne un ingrediente essenziale: richiede un raggio laser luminoso per rendere efficiente il rivelatore non lineare, in modo che il mittente possa sapere cosa deve essere inviato, ma non è necessario che lo sappia. In questo senso, non si tratta di teletrasporto in senso stretto, ma potrebbe esserlo in futuro se il rivelatore non lineare potesse essere reso più efficiente».
Il sistema anche così com’è ora, apre un nuovo percorso per la connessione di reti quantistiche, inaugurando l’ottica quantistica non lineare come risorsa.
Adam Vallés dell’Istituto di Scienze Fotoniche (ICFO) di Barcellona, uno dei responsabili del progetto che ha lavorato all’esperimento durante la sua borsa di studio post-dottorato presso l’Università del Witwatersrand, ha affermato:
«Speriamo che questo esperimento che dimostra la fattibilità del processo, motivi ulteriori progressi nella comunità dell’ottica non lineare, spingendo i limiti verso un’implementazione quantistica completa. Ora dobbiamo essere cauti, questa configurazione non potrebbe impedire a un mittente truffaldino di conservare copie migliori delle informazioni da teletrasportare, il che significa che potremmo ritrovarci con molti cloni del signor Spock nel mondo di Star Trek, se questo è ciò che Scotty voleva. La configurazione che dimostriamo attualmente, da un punto di vista pratico, può già essere utilizzata per stabilire un canale sicuro ad alta dimensione per le comunicazioni quantistiche tra due parti, a condizione che il protocollo non abbia bisogno di essere alimentato con singoli fotoni, come sarebbe il caso dei ripetitori quantistici».
Riconoscere la ricerca di dottorato
Adam Vallés ha aggiunto:
«L’esecuzione di tali esperimenti di prova di concetto con la tecnologia attualmente disponibile è stato un viaggio interessante, dobbiamo ringraziare la dottoressa Bereneice Sephton dell’Università del Witwatersrand, per la sua determinazione e per l’insieme di competenze necessarie a domare una simile bestia sperimentale. Si tratta di un vero e proprio lavoro di laboratorio per il quale va lodata».
Andrew Forbes fa eco a questo sentimento:
«Si è trattato di un esperimento epico, la dottoressa Bereneice Sephton deve essere riconosciuta perché è stata lei a far funzionare il sistema e a eseguire gli esperimenti chiave».
Il team internazionale ha in programma di continuare a lavorare in questa direzione, con il prossimo passo che si concentrerà sul trasporto quantistico attraverso una rete di fibre ottiche.
