Teletrasporto quantistico: 143 km, nuovo record!

10.09.2012

Non è passato molto da un traguardo verso queste nuove frontiere scientifiche: Teletrasporto, realizzato in Cina. Un team di ricercatori dell'University of Science and Technology of China di Shanghai, è riuscito a teletrasportare dei fotoni attraverso 100 chilometri di spazio libero, stabilendo così un nuovo record e superando quota 16 km toccata da un precedente esperimento.Tuttavia, in questo caso, il teletrasporto non è consistito in un trasferimento di oggetti da un luogo ad un altro senza passare per lo spazio intermedio. L'idea è vengano teletrasportate le informazioni che descrivono un oggetto fisico. Queste ultime possono poi essere applicate ad un oggetto simile in una nuova posizione, che a quel punto ne assumerebbe le caratteristiche e l'identità. Sembra fantascienza ma non lo è affatto.

fotoni teletrasporto

Attualmente le cose sono nuovamente cambiate, dato cheun team di fisici diretto dall'australiano Anton Zeilinger ha trasmesso una sequenza di stati quantistici alla distanza di ben 143 km, infrangendo il record precedente di 97 km registrato da ricercatori cinesi solo pochi mesi fa.
il teletrasporto quantistico non è un vero e proprio teletrasporto "trekkiano": si tratta di uno scambio di informazioni, e non di materia, tra due particelle distanti nello spazio, e in un tempo così ridotto da violare (apparentemente) i vincoli imposti dalla relatività einsteiniana.

Due fotoni connessi tra loro tramite un legame quantistico sono in grado, infatti, di scambiarsi informazioni simultaneamente: quando il primo fotone cambia stato quantistico, immediatamente il secondo riceve in qualche modo questa informazione, e si adatta di conseguenza.

Non esseno coinvolta la materia, ma solo l'informazione che essa contiene, il teletrasporto quantistico sembra non avere alcuna applicazione pratica riguardo alla trasmissione di oggetti fisici, ma potrebbe avere importantissimi sviluppi nel mondo delle telecomunicazioni.

Il teletrasporto quantistico, infatti, sembra verificarsi simultaneamente indipendentemente dalla distanza che separa il punto di partenza da quello di arrivo.

Il processo sopra descritto funziona anche se il punto di destinazione non è noto, ed è proprio questo genere di legame "misterioso" che potrebbe rivoluzionare le attuali tecnologie di telecomunicazione.

"La realizzazione del teletrasporto quantistico su una distanza di 143 km è stata una sfida tecnologica enorme" spiega Xiao-song Ma, fisico coinvolto nel progetto. La prima sfida da superare è stata l'atmosfera stessa: il teletrasporto si è verificato tra due isole delle Canarie, La Palma e Tenerife, separate da strati di atmosfera turbolenti.

Per superare questo ostacolo, i ricercatori hanno dovuto sviluppare una serie di nuove tecnologie alternative alla trasmissione tramite fibra ottica, troppo inefficiente per consentire al segnale di evitare di essere disturbato da perturbazioni.
"Un passo importante per il nostro teletrasporto è stato un metodo noto come 'active feed-forward', che abbiamo utilizzato per la prima volta in un esperimento su lunga distanza. Ci ha aiutato a raddoppiare il ritmo di trasmissione" spiega Xiao-song Ma.

Questo metodo prevede l'invio di informazioni tradizionali parallelamente a quelle quantistiche, lasciando il compito alla stazione ricevente di decifrare i dati inviati, ma limitando la perdita di potenza del segnale.

"Il nostro esperimento dimostra quanto siano mature le 'tecnologie quantistiche', e quanto possano essere utili per applicazioni pratiche" sostiene Zeilinger. "Il prossimo passo è un teletrasporto quantistico satellitare, che dovrebbe essere in grado di consentire comunicazioni quantistiche su scala globale. Abbiamo effettuato un passo importante in questa direzione, e useremo la nostra esperienza per una collaborazione internazionale che coinvolge i nostri colleghi dell'Accademia Cinese delle Scienze. L'obiettivo è quello di lanciare un satellite quantistico'.

Per aprire le porte alle telecomunicazioni commerciali, il satellite dovrà essere capace di comunicare a distanze comprese tra i 200 e i 1200 km dalla superficie del nostro pianeta, in modo tale da poter essere collocato su differenti orbite senza limitare la sua capacità di trasmissione. "Durante il viaggio nell'atmosfera che separa La Palma da Tenerife, i nostri segnali si sono attenuati di circa 1000 volte. Nonostante questo siamo riusciti ad eseguire l'esperimento di teletrasporto quantistico. Negli esperimenti con un satellite, le distanze da coprire saranno più lunghe, ma il segnale dovrà attraversare meno atmosfera".

fonte

I fisici sono impegnati nel teletrasporto dei fotoni fin dal 1997 e la tecnica è ormai standard nei laboratori di ottica di tutto il mondo. Il fenomeno che rende possibile tutto questo è noto come entanglement quantistico, un legame profondo e misterioso che si verifica quando due oggetti quantistici condividono la stessa esistenza, pur essendo separati nello spazio.

Il teletrasporto può rivelarsi estremamente utile anche perché le informazioni teletrasportate non viaggiando attraverso lo spazio intermedio, non possono essere segretamente accessibili da eventuali utenti malintenzionati. Purtroppo, però, i fotoni sono elementi fragili che non possono viaggiare oltre un chilometro o giù di lì nelle fibre ottiche e ciò ne ha limitato l'utilizzo nella crittografia quantistica.Tuttavia, i fisici hanno avuto più successo nel teletrasporto dei fotoni attraverso l'atmosfera. Nel 2010, un team cinese, ha annunciato di aver teletrasportato singoli fotoni su una distanza di 16 chilometri. Oggi la stessa squadra ha annunciato di aver di gran lunga superato quel record. Juan Yin dell'Università di Shangai sostiene infatti di avere teletrasportato i fotoni su una distanza di 97 chilometri attraverso un lago in Cina.La novità più importante introdotta dagli studiosi cinesi è stata quella di sviluppare un meccanismo di sterzo mediante un laser guida in grado di mantiene il fascio con precisione sul bersaglio. Così facendo, sono stati in grado di teletrasportare più di 1100 fotoni in 4 ore su una distanza di 97 chilometri.