Il teletrasporto è possibile? Si, nel mondo quantistico

Nonostante il teletrasporto umano esista soltanto nei film di fantascienza, nel mondo subatomico della meccanica quantistica esso è possibile. Naturalmente non parliamo del trasporto della materia, ma “semplicemente” di informazioni trasmesse tra fotoni su chip non fisicamente collegati.

Ora, secondo una nuova ricerca dell’Università di Rochester e della Purdue University, il teletrasporto potrebbe anche essere possibile tra gli elettroni.

Su due articoli pubblicati su Nature Communications e Physical Review X, i ricercatori, tra cui John Nichol e Andrew Jordan, del dipartimento di fisica a Rochester, esplorano nuovi modi per creare interazioni tra elettroni distanti. La ricerca è un passo importante nel miglioramento dell’informatica quantistica, che a sua volta ha il potenziale per rivoluzionare la tecnologia, la medicina e la scienza, fornendo processori e sensori più veloci ed efficienti.

Il teletrasporto quantistico è una dimostrazione di ciò che Albert Einstein chiamava notoriamente “azione spettrale a distanza“, noto anche come entanglement quantistico o correlazione quantistica. Nell’entanglement – uno dei concetti base della fisica quantistica – le proprietà di una particella influenzano le proprietà di un’altra, anche quando le particelle sono separate da una grande distanza. E’un mezzo importante per la trasmissione di informazioni.

Mentre un tipico computer è costituito da miliardi di transistor, chiamati bit, i computer quantistici codificano le informazioni in qubit, termine coniato da Benjamin Schumacher per indicare il bit quantistico, ovvero l’unità di informazione quantistica.
Un bit ha un singolo valore binario, che può essere “0” o “1”, ma i qubit possono essere contemporaneamente “0” e “1”. La capacità dei singoli qubit di occupare simultaneamente più stati è alla base della potenziale forza dei computer quantistici.

Gli scienziati hanno recentemente dimostrato il teletrasporto quantistico usando fotoni elettromagnetici per creare coppie di qubit intrecciate da remoto.
I Qubit prodotti da singoli elettroni, tuttavia, sono anche promettenti per la trasmissione di informazioni nei semiconduttori.
La creazione di coppie intrecciate di qubit di elettroni che si estendono su lunghe distanze, necessaria per il teletrasporto, si è rivelata impegnativa: mentre i fotoni si propagano naturalmente su lunghe distanze, gli elettroni di solito sono confinati in un posto.

Per dimostrare il teletrasporto quantistico usando elettroni, i ricercatori hanno sfruttato una tecnica recentemente sviluppata basata sui principi dell’accoppiamento di scambio di Heisenberg. Un singolo elettrone è come un magnete a barra con un polo nord e un polo sud che può puntare verso l’alto o verso il basso. La direzione del polo è nota come momento magnetico dell’elettrone o stato di rotazione quantistica. Se alcuni tipi di particelle hanno lo stesso momento magnetico, non possono trovarsi nello stesso posto allo stesso tempo. Cioè, due elettroni nello stesso stato quantistico non possono sedere uno sopra l’altro. Se lo facessero, i loro stati si scambierebbero avanti e indietro nel tempo.

I ricercatori hanno usato la tecnica per distribuire coppie intrecciate di elettroni e teletrasportare i loro stati del momento angolare.
Questi risultati aprono la strada a future ricerche sul teletrasporto quantistico e forniscono ulteriori prove delle capacità sorprendentemente utili dei singoli elettroni nei semiconduttori a qubit.

Bibliografia: Haifeng Qiao et al, teletrasporto condizionale degli stati di spin quantico-dot, Nature Communications (2020). DOI: 10.1038 / s41467-020-16745-0, Nature Communications, Physical Review X