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Dinamica Quantistica. L’azione ‘spettrale a distanza’  diventa pratica

Gli scienziati della Griffith University (Australia) hanno superato una sfida importante legata all’effetto “azione spettrale a distanza” di Einstein. Credit: Griffith University

Una squadra del Centro per la dinamica quantistica di Griffith in Australia ha dimostrato come testare rigorosamente se coppie di fotoni – particelle di luce – mostrano “l’azione spettrale di Einstein a distanza”, anche in condizioni avverse che imitano quelli al di fuori del laboratorio.

Hanno dimostrato che l’effetto, noto anche come nonlocalità quantistica , può ancora essere verificato anche quando molti dei fotoni vengono persi per assorbimento o dispersione mentre viaggiano dalla sorgente alla destinazione attraverso un canale in fibra ottica. Lo studio e le tecniche sperimentali sono pubblicati sulla rivista Science Advances .

La nonlocalità quantistica è importante nello sviluppo di nuove reti globali di informazione quantistica , che avranno una sicurezza di trasmissione garantita dalle leggi della fisica. Queste sono le reti in cui possono essere collegati potenti computer quantistici.

I fotoni possono essere utilizzati per formare un collegamento quantico tra due posizioni creando una coppia di fotoni “impigliati” – in modo che la misurazione di uno determini le proprietà del suo gemello – e quindi l’invio di uno lungo un canale di comunicazione.

Il capo della squadra, il professor Geoff Pryde, ha detto che un collegamento quantico doveva superare un test impegnativo che confermava la presenza di nonlocalità quantica tra le particelle alle due estremità.

“Fallire il test significa che un intercettatore potrebbe infiltrarsi nella rete”, ha detto.

“Man mano che la lunghezza del canale quantico cresce, sempre meno fotoni riescono a passare attraverso il collegamento, perché nessun materiale è perfettamente trasparente e l’assorbimento e la diffusione prendono il loro pedaggio.
“Questo è un problema per le tecniche di verifica di nonlocalità quantistica esistenti con i fotoni: ogni fotone perduto rende più semplice per l’intercettatore interrompere la sicurezza imitando l’entanglement”.

Lo sviluppo di un metodo per testare l’entanglement in presenza di perdite è stata una sfida eccezionale per la comunità scientifica per un bel po ‘di tempo.

Il team ha utilizzato un approccio diverso – il teletrasporto quantistico – per superare il problema dei fotoni persi.

Il dott. Morgan Weston, primo autore dello studio, ha dichiarato di aver selezionato i pochi fotoni sopravvissuti al canale ad alta perdita e ha teletrasportato quei fotoni fortunati in un altro canale quantico pulito ed efficiente.

“Lì, il test di verifica prescelto, chiamato sterzo quantico, potrebbe essere fatto senza alcun problema”, ha detto.
“Il nostro schema registra un segnale aggiuntivo che ci permette di sapere se la particella di luce è passata attraverso il canale di trasmissione , il che significa che gli eventi di distribuzione falliti possono essere esclusi in anticipo, consentendo la comunicazione in modo sicuro anche in presenza di altissime frequenze perdita.”

Questo aggiornamento non è facile: il passaggio di teletrasporto richiede coppie di fotoni aggiuntivi di alta qualità. Queste coppie di fotoni extra devono essere generate e rilevate con efficienza estremamente elevata, al fine di compensare l’effetto della linea di trasmissione con perdita.

Questo è stato possibile ottenere grazie allo stato dell’arte della sorgente di fotoni e tecnologia di rilevamento, congiuntamente co-sviluppato con il National Institute of Standards and Technology di Boulder, in Colorado.

Sebbene l’esperimento sia stato eseguito in laboratorio, ha testato canali con assorbimento fotonico equivalente a circa 80 km di fibra ottica per telecomunicazioni.

Il team ha l’obiettivo di integrare il proprio metodo in reti quantistiche che vengono sviluppate dal Centro di eccellenza del Centro di ricerca australiano per il calcolo quantistico e le tecnologie di comunicazione e testarlo in condizioni reali.

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