Teletrasporto: è possibile? Sì, nel mondo quantistico

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20 Giugno

“Beam me up”: il teletrasporto è fantascienza per gli uomini, ma non per le particelle nel mondo quantistico. Nuovi modi per creare interazioni quantomeccaniche tra elettroni distanti promettono importanti progressi nell’informatica quantistica.

“Beam me up” è uno dei più famosi slogan della serie Star Trek. È il comando impartito quando un personaggio desidera teletrasportarsi da una posizione remota all’Enterprise stellare.

Mentre il teletrasporto umano esiste solo nella fantascienza, il teletrasporto è possibile nel mondo subatomico della meccanica quantistica, anche se non nel modo tipicamente rappresentato in TV.

Nel mondo quantistico, il teletrasporto comporta il trasporto di informazioni, piuttosto che il trasporto di materia.

John Nichol e Andrew Jordan, professori di fisica, stanno esplorando nuovi modi per creare interazioni quantomeccaniche tra elettroni distanti, promettendo importanti progressi nell’informatica quantistica.

L’anno scorso gli scienziati hanno confermato che le informazioni potevano essere trasferite tra i fotoni sui chip dei computer anche quando i fotoni non erano fisicamente collegati.

Il teletrasporto potrebbe anche essere possibile tra gli elettroni.

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

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.

 

 

L’azione spettrale a distanza era stata teorizzata da Albert Einstein

Il teletrasporto quantistico è una dimostrazione di ciò che Albert Einstein chiamava “azione spettrale a distanza”, noto anche come entanglement quantistico.

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.

Il teletrasporto quantistico coinvolge due particelle distanti intrecciate in cui lo stato di una terza particella “teletrasporta” istantaneamente il suo stato verso le due particelle intrecciate: questo processo rappresenta un importante mezzo per la trasmissione di informazioni nell’informatica quantistica.

La capacità dei singoli qubit di occupare simultaneamente più stati è alla base della grande potenza potenziale dei computer quantistici.

Mentre un tipico computer codifica le informazioni in bit, i computer quantistici le dovrebbero codificare in bit quantici o qubit.

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 grande potenza potenziale dei computer quantistici.

 

Un chip a semiconduttore con processore quantico è collegato a un circuito nel laboratorio di John Nichol, un professore associato di fisica all’Università di Rochester.

 

I Qubit prodotti da singoli elettroni, tuttavia, sono anche promettenti per la trasmissione di informazioni nei semiconduttori.

I singoli elettroni sono qubit promettenti perché interagiscono molto facilmente tra loro e anche i singoli qubit di elettroni nei semiconduttori sono scalabili

Afferma Nichol che prosegue

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

La creazione di coppie intrecciate di qubit di elettroni che si estendono su lunghe distanze, necessaria per il teletrasporto, si è rivelata tuttavia impegnativa: mentre i fotoni si propagano naturalmente su lunghe distanze, gli elettroni di solito sono confinati in un punto.

 

 

Come creare coppie intrecciate di elettroni

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, in parole molto semplici, può essere pensato come un magnete a barra con un polo nord e un polo sud che possono puntare verso l’alto o verso il basso. La direzione del polo è nota come momento magnetico dell’elettrone o stato di spin quantico. Alcuni tipi di particelle, quando hanno lo stesso momento magnetico, non possono trovarsi nello stesso posto allo stesso tempo.

I ricercatori hanno usato la tecnica per distribuire coppie intrecciate di elettroni e teletrasportare i loro stati di spin.

Il professor Nichol dice che nel loro lavoro forniscono

prove di “scambio di entanglement”, in cui creiamo entanglement tra due elettroni anche se le particelle non interagiscono mai, e il “teletrasporto del gate quantistico”, una tecnica potenzialmente utile per il calcolo quantistico che utilizza il teletrasporto: il nostro lavoro mostra che ciò può essere fatto anche senza fotoni.

I risultati aprono la strada a future ricerche sul teletrasporto quantico che coinvolgano stati di spin di tutta la materia, non solo di fotoni, e forniscono ulteriori prove per le capacità sorprendentemente utili di singoli elettroni in semiconduttori a qubit.

 

 

 

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sabato 20 giugno 2020 - 9:05
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