Compiuta un’impresa senza precedenti: teletrasportare lo stato di un fotone tra due punti quantici distinti. L’operazione è stata realizzata tramite un collegamento all’aperto di 270 metri, dimostrando che le informazioni quantistiche possono viaggiare tra dispositivi indipendenti. Questo risultato rappresenta un passo fondamentale verso la costruzione di reti quantistiche per comunicazioni ultra-sicure e pone le basi per sistemi più avanzati come i relè quantistici.
Un team internazionale di ricercatori, tra cui scienziati dell’Università di Paderborn, ha raggiunto un importante traguardo nel percorso verso un internet quantistico. Per la prima volta, sono riusciti a teletrasportare lo stato di polarizzazione di un singolo fotone da un punto quantico a un altro fisicamente separato. In parole semplici, ciò significa che le proprietà di un fotone sono state trasferite a un altro tramite teletrasporto quantistico.
Questo risultato rappresenta un passo fondamentale per le future reti di comunicazione quantistica. Nell’esperimento, i ricercatori hanno utilizzato un collegamento ottico nello spazio libero di 270 metri per connettere i sistemi. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications .
Un decennio di collaborazione dà i suoi frutti
All’Università di Paderborn, dottorandi e ricercatori post-dottorato hanno trascorso circa dieci anni lavorando su misurazioni ottiche, analisi dei dati e valutazione. Durante questo periodo, il gruppo del professor Klaus Jöns ha collaborato strettamente con un team guidato dal professor Rinaldo Trotta presso l’Università Sapienza di Roma.
“L’esperimento dimostra in modo impressionante che le sorgenti di luce quantistica basate su punti quantici a semiconduttore potrebbero rappresentare una tecnologia chiave per le future reti di comunicazione quantistica. La teletrasportazione quantistica riuscita tra due emettitori quantistici indipendenti rappresenta un passo fondamentale verso relè quantistici scalabili e quindi verso la realizzazione pratica di un internet quantistico”, ha spiegato il professor Jöns, responsabile del gruppo di ricerca “Dispositivi quantistici fotonici ibridi” e membro del consiglio di amministrazione dell’Istituto per i sistemi quantistici fotonici (PhoQS) dell’Università di Paderborn.
Perché l’entanglement è importante per la comunicazione quantistica I sistemi entangled, composti da più particelle quantistiche, offrono notevoli vantaggi per le tecnologie di comunicazione. Invece di basarsi su un singolo stato determinato da un singolo fotone, questi sistemi creano stati interconnessi tra più particelle. Questo approccio è fondamentale per le applicazioni nella comunicazione sicura, nell’elaborazione dei dati e nel calcolo quantistico.
L’entanglement collega proprietà specifiche dei fotoni, consentendo loro di condividere informazioni. Uno stato rappresenta un’unità di informazione in fase di elaborazione. “In precedenza, questi fotoni provenivano da un’unica sorgente, ovvero dallo stesso emettitore. Sebbene negli ultimi anni siano stati compiuti progressi significativi, l’utilizzo di emettitori quantistici distinti per realizzare un relè quantistico tra parti indipendenti era rimasto finora fuori dalla nostra portata”, ha osservato il professor Jöns.
Strategia a lungo termine e tecnologia avanzata
Circa dieci anni fa, i professori Jöns e Trotta delinearono un piano per utilizzare i punti quantici come sorgenti di coppie di fotoni entangled nei sistemi di comunicazione e teletrasporto. Il loro recente successo conferma che questo approccio a lungo termine ha funzionato.
“Questo risultato dimostra che la nostra pianificazione strategica a lungo termine ha dato i suoi frutti”, ha affermato il professor Jöns, aggiungendo: “La combinazione di un’eccellente scienza dei materiali, nanofabbricazione e tecnologia quantistica ottica è stata la chiave del nostro successo”.
La collaborazione a livello europeo consente di ottenere risultati precisi.
La svolta è stata possibile grazie al contributo di diversi centri di ricerca in tutta Europa. I punti quantici sono stati progettati con precisione presso l’Università Johannes Kepler di Linz, mentre la nanofabbricazione dei risonatori è stata realizzata dai partner dell’Università di Würzburg. Gli esperimenti di teletrasporto si sono svolti presso l’Università Sapienza di Roma, dove gli scienziati hanno collegato due edifici utilizzando un collegamento ottico nello spazio libero di 270 metri.
Il sistema ha utilizzato la sincronizzazione assistita dal GPS, rivelatori di singoli fotoni ultraveloci e metodi di stabilizzazione per contrastare la turbolenza atmosferica. La fedeltà dello stato di teletrasporto raggiunta (ovvero la qualità con cui gli stati quantistici vengono preservati durante il teletrasporto) ha raggiunto l’82 ± 1%, superando il limite classico di oltre 10 deviazioni standard.
Passo successivo: costruire un relè quantistico
Questo risultato apre la strada al prossimo obiettivo, ovvero la dimostrazione dello “scambio di entanglement” tra due punti quantici. Raggiungere questo traguardo permetterebbe di creare il primo relè quantistico utilizzando due sorgenti deterministiche di coppie di fotoni entangled. Le sorgenti deterministiche possono produrre in modo affidabile singoli fotoni quasi su richiesta, sebbene il loro sviluppo abbia rappresentato una sfida importante.
Progressi paralleli rafforzano la ricerca quantistica
Quasi contemporaneamente, un altro gruppo di ricerca di Stoccarda e Saarbrücken ha riportato un risultato simile utilizzando la conversione di frequenza. Insieme, questi risultati rappresentano un’importante pietra miliare per la ricerca quantistica in Europa e avvicinano la visione di un internet quantistico funzionante alla realtà.
Materials provided by Universität Paderborn. Note: Content may be edited for style and length.
Quantum teleportation with dissimilar quantum dots over a hybrid quantum network. Nature Communications, 2025; 16 (1) DOI: 10.1038/s41467-025-65911-9
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