Possibile il teletrasporto di informazioni tra particelle provviste di massa

Secondo un nuovo articolo pubblicato su Nature Communications sarebbe possibile il teletrasporto quantistico di informazioni di stato tra particelle dotate di massa, in particolare elettroni, qualcosa che potrebbe aiutare a collegare il calcolo quantistico con il calcolo di tipo elettronico più tradizionale.

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Facendo uso delle leggi “spettrali” alla base dell’entanglement quantistico, un gruppo di ricercatori ritengono di avere trovato un modo per far saltare le informazioni tra una coppia di elettroni separati.

Il teletrasporto di informazioni di stato tra i fotoni  – particelle di luce senza massa – sta rapidamente diventando una vecchia notizia, un trucco che stiamo imparando a sfruttare nell’informatica e nelle tecnologie di comunicazione crittografata.

Ma ciò che sembra essere stato ora raggiunto è il teletrasporto quantistico tra particelle di materia, in particolare elettroni, qualcosa che potrebbe aiutare a collegare il calcolo quantistico con il calcolo di tipo elettronico più tradizionale.

Siamo in grado di dimostrare di aver creato entanglement tra due elettroni anche se le particelle non interagiscono mai, e dell’avvenuto teletrasporto del gate quantistico, una tecnica potenzialmente utile per il calcolo quantistico usando il teletrasporto“, afferma il fisico John Nichol dell’Università di Rochester a New York.

Il nostro lavoro dimostra che ciò può essere fatto anche senza fotoni“.

L’entanglement è una parola di gergo fisico per indicare quello che sembra un concetto all’apparenza piuttosto semplice.

Se acquisti un paio di scarpe in un negozio e ne porti via una sola, nel momento in cui, tornato a casa, aprirai la scatola, saprai automaticamente a quale piede appartiene la scarpa lasciata al negozio. Le scarpe sono – per così dire – intrecciate.

Se, tornato al negozio, il negoziante tira fuori casualmente la scarpa mancante, penserai che o si è ricordato di te e del tuo acquisto o che ha fatto un’ipotesi fortunata o forse vedendoti ha fatto una previsione un po’ “spettrale”.

La vera stranezza sorge quando immaginiamo che la tua scarpa solitaria potrebbe essere contemporaneamente sia sinistra che destra, finché non la guardi. In quel preciso istante, quando cioè la guardi e la identifichi, anche la compagna della scarpa rimasta nel negozio acquista uno stato definito, come se la tua occhiata si teletrasportasse a distanza.

È una specie di scambio di informazioni che Einstein riteneva un po’ troppo inquietante per essere accettato. Quasi un secolo dopo che i fisici hanno sollevato la possibilità, ora sappiamo che il teletrasporto tra particelle intrecciate è il modo in cui l’Universo funziona a un livello fondamentale.

Sebbene non sia esattamente un teletrasporto come quello di Star Trek che può trasmettere interi oggetti attraverso lo spazio, la matematica che descrive questo salto delle informazioni è estremamente utile per eseguire tipi speciali di calcoli nel campo dell’informatica.

La logica tipica del computer è costituita da un linguaggio binario di bit, etichettato come 1 e 0. Il calcolo quantistico è costruito con qubit che possono occupare entrambi gli stati contemporaneamente, offrendo possibilità molto maggiori che la tecnologia classica non può toccare.

La manipolazione dei fotoni per trasmettere i loro stati intrecciati è resa più semplice grazie al fatto che possono essere rapidamente separati alla velocità della luce a grandi distanze attraverso un vuoto o una fibra ottica.

Ma separare particelle con massa intrecciate tra loro come coppie di elettroni – è più una sfida, date le loro interazioni casuali che quasi sicuramente rovinano il loro stato quantistico matematicamente puro.

È una sfida che vale comunque la pena.

“I singoli elettroni sono qubit promettenti perché interagiscono molto facilmente tra loro”, afferma Nichol.

La creazione affidabile di interazioni a lunga distanza tra elettroni è essenziale per il calcolo quantistico.

Per raggiungerlo, il team di fisici e ingegneri ha approfittato delle leggi che regolano il modo in cui le particelle fondamentali che compongono gli atomi e le molecole mantengono il loro posto.

Secondo il principio di esclusione di Pauli, due elettroni che condividono lo stesso stato di spin quantistico non possono occupare lo stesso punto nello spazio. Ma c’è una scappatoia che dice che elettroni vicini possono scambiarsi lo spin, quasi come se i tuoi piedi potessero scambiarsi le scarpe se le avvicini abbastanza.

ricercatori hanno precedentemente dimostrato  che questo scambio può essere manipolato senza la necessità di spostare gli elettroni, attraverso un potenziale sistema di teletrasporto.

Questo progresso aiuta ad avvicinare il processo alla realtà tecnologica, superando ostacoli che collegherebbero la stranezza quantistica alla tecnologia informatica esistente.

Ovviamente, stiamo ancora sostituendo i fotoni con gli elettroni per questo tipo di trasferimento di informazioni quantistiche. I ricercatori non sono arrivati ​​al punto di misurare gli stati degli elettroni stessi, il che significa che potrebbero esserci ancora tutti i tipi di interferenza da appianare.

Ma avere una forte evidenza della possibilità di teletrasporto tra elettroni è un segnale incoraggiante delle possibilità aperte ai futuri ingegneri.

Questa ricerca è stata pubblicata su Nature Communications .