Un team internazionale di ricercatori, inclusi scienziati dell'Università di Paderborn, ha raggiunto una tappa significativa sulla strada verso un internet quantistico. Per la prima volta, hanno teletrasportato con successo lo stato di polarizzazione di un singolo fotone da un punto quantico a un altro punto fisicamente separato. In parole povere, hanno fatto saltare le proprietà di un fotone a un altro attraverso il teletrasporto quantistico, che sembra roba da Star Trek ma in realtà è solo la fisica che si mette in mostra.
L'esperimento ha utilizzato un collegamento ottico in spazio libero di 270 metri per connettere i sistemi, e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista Nature Communications. Dottorandi e post-doc a Paderborn hanno passato circa dieci anni su misurazioni ottiche, analisi dei dati e valutazione, lavorando a stretto contatto con il team del Professor Rinaldo Trotta all'Università Sapienza di Roma.
"L'esperimento dimostra in modo impressionante che le sorgenti di luce quantistica basate su punti quantici a semiconduttore potrebbero servire come tecnologia chiave per le future reti di comunicazione quantistica," ha spiegato il Professor Klaus Jöns, capo del gruppo di ricerca 'Dispositivi Quantistici Fotonici Ibridi' a Paderborn. "Il teletrasporto quantistico riuscito tra due emettitori quantistici indipendenti rappresenta un passo vitale verso relè quantistici scalabili e quindi l'implementazione pratica di un internet quantistico."
La svolta si è basata sui contributi di diversi centri di ricerca europei. I punti quantici sono stati ingegnerizzati all'Università Johannes Kepler di Linz, la nanofabbricazione dei risonatori è stata fatta all'Università di Würzburg, e gli esperimenti di teletrasporto hanno avuto luogo all'Università Sapienza di Roma, dove gli scienziati hanno collegato due edifici usando quel collegamento ottico in spazio libero di 270 metri. Il sistema ha utilizzato sincronizzazione assistita da GPS, rivelatori di singoli fotoni ultraveloci e metodi di stabilizzazione per contrastare la turbolenza atmosferica. La fedeltà dello stato di teletrasporto raggiunta è stata fino all'82 ± 1%, superando il limite classico di oltre 10 deviazioni standard – che è il modo scientifico di dire "siamo abbastanza sicuri che abbia funzionato".
Questo risultato apre la porta allo 'scambio di entanglement' tra due punti quantici, che creerebbe 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, anche se svilupparle è stata una sfida importante – perché ovviamente niente nella meccanica quantistica è mai facile.
Casualmente, un altro team di ricerca di Stoccarda e Saarbrücken ha riportato un risultato simile usando la conversione di frequenza quasi nello stesso momento. Insieme, questi risultati segnano una tappa importante per la ricerca quantistica in Europa e avvicinano la visione di un internet quantistico funzionante alla realtà – sempre che la realtà non si ingarbugli troppo con se stessa.