Cristalli di luce: la magia del teletrasporto quantistico

Il teletrasporto, una tecnologia di serie sulle navi stellari di Star Trek, che consente a persone e cose di viaggiare su lunghe distanze senza mezzi di trasporto, rimarrà ancora a lungo un sogno. Ma un team di fisici dell’Università di Ginevra sembra sulla buona strada. Félix Bussières e i suoi colleghi hanno annunciato su Nature Photonics di aver teletrasportato lo stato quantico di un fotone in un cristallo a distanza di 25 kilometri, polverizzando il precedente record di 6 km ottenuto 10 anni fa dallo stesso team. Nella fisica quantistica non importa tanto la composizione di una particella quanto il suo stato, che persiste al di là delle differenze estreme che distinguono la luce dalla materia, insormontabili per la fisica classica. Al posto di un fantascientifico trasferimento di materia, il teletrasporto quantistico trasferisce solo informazioni sullo stato delle particelle che compongono la luce e la materia, cioè fotoni e atomi.

Grazie al teletrasporto quantistico, è possibile trasferire informazioni sullo stato di una particella a un'altra particella a notevoli distanze (immagine: Università di Ginevra)

Nel 2012, un team internazionale dell’ESA era riuscito a far viaggiare queste informazioni da un fotone a un altro situato a 143 km di distanza, tra le isole di Tenerife e La Palma, nelle Canarie. In questo caso, invece, lo stato quantico di un fotone è stato trasferito in un cristallo fisicamente separato e distante 25 km, che funziona da banco di memoria. La chiave di questo teletrasporto è un fenomeno chiamato entanglement quantistico (letteralmente groviglio, intreccio), un legame inscindibile che lega due oggetti come fossero gemelli siamesi, per cui ogni modifica a uno viene istantaneamente riprodotta sull’altro. Nell'esperimento, un fotone (A) che viaggia lungo una fibra ottica trasferisce le sue proprietà (per esempio il momento angolare o spin) a un altro fotone (B) - inviato a un cristallo - tramite un terzo fotone (C) che viene fatto collidere con (A).

La collisione tra due fotoni crea una risposta su un fotone distante grazie al fenomeno dell'entanglement quantistico (immagine: Nature Photonics)

La cosa straordinaria è che anche se nella collisione (A) e (C) si annientano, l’informazione non viene persa, ma si trasferisce al fotone gemello (entangled) (B). In pratica è una sorta di facsimile in cui l’originale viene distrutto. Ma a cosa serve il teletrasporto quantistico? Una possibile applicazione è nella crittografia, con lo sviluppo di sistemi di comunicazione quantistica impossibili da decifrare, dal momento che l’informazione originale viene copiata e trasferita senza essere letta. Immagine banner in evidenza: Nature Photonics Immagine box in homepage: Università di Ginevra

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