“Non esiste alcun mondo quantistico. C’è solo una astratta descrizione fisica. È sbagliato pensare che il compito della fisica sia di scoprire come è la natura. La fisica riguarda quello che noi possiamo dire a riguardo della natura.”
— Niels Bohr
La rivoluzione della rete Internet quantistica rappresenta il futuro della comunicazione sicura e promette di superare le limitazioni della crittografia tradizionale. Questo articolo esplorerà una dimostrazione rivoluzionaria che ha collegato in modo supersicuro Boston al futuro delle telecomunicazioni, l’Internet quantistica come strumento per nuove possibilità di comunicazione e calcolo, il concetto di entanglement quantistico come cuore della futura Internet quantistica, le sfide superate nella memorizzazione e trasferimento dell’entanglement quantistico e gli sviluppi, la standardizzazione e l’uscita dai laboratori verso una vera Internet quantistica.
Una dimostrazione rivoluzionaria: il collegamento supersicuro tra Boston e il futuro delle telecomunicazioni
Una dimostrazione rivoluzionaria ha avuto luogo nel collegamento supersicuro tra Boston e il futuro delle telecomunicazioni. In questo esperimento pionieristico, i ricercatori hanno dimostrato la possibilità di trasmettere informazioni in modo sicuro utilizzando l’entanglement quantistico. L’entanglement quantistico è una proprietà fondamentale della meccanica quantistica che consente a particelle distanti di essere collegate in modo indissolubile, indipendentemente dalla distanza che le separa. Questo collegamento supersicuro potrebbe rivoluzionare le telecomunicazioni, poiché rende praticamente impossibile intercettare o decifrare le informazioni trasmesse. Questa dimostrazione apre la strada a nuove possibilità di comunicazione sicura e calcolo quantistico, aprendo le porte a un futuro in cui la privacy e la sicurezza delle informazioni saranno garantite su scala globale.
a, impostazione sperimentale. Ciascun SiV è localizzato in una cavità nanofotonica all'interno di un criostato azionato individualmente e mantenuto a temperature inferiori a 200 mK in due laboratori separati. La distanza in linea di vista tra i due SiV è di 6 m. Una guida d'onda coplanare d'oro è utilizzata per fornire impulsi a microonde e a radiofrequenza al SiV. Entrambi i nodi della rete quantistica sono collegati da una fibra ottica di lunghezza a ≈ 20 m e da una configurazione di spostamento di frequenza per compensare le differenze nelle frequenze di transizione ottica, oppure da un lungo collegamento in fibra di telecomunicazione che utilizza la QFC. La misura del qubit time-bin fotonico viene eseguita al nodo B utilizzando un interferometro a ritardo temporale (TDI), che misura il qubit time-bin nella base |±⟩ ∝ (|e⟩ ± |l⟩). b, a sinistra, i livelli energetici di SiV che mostrano le transizioni a microonde e a radiofrequenza nel manifold dei due qubit (frecce blu e turchesi) e le transizioni ottiche che conservano lo spin (rosso e arancione). A destra, lo spettro di riflessione del sistema QED a cavità del nodo A mostra la riflettanza della cavità dipendente dallo spin degli elettroni. La linea tratteggiata indica la frequenza di massimo contrasto della riflettanza, utilizzata come frequenza per la lettura dello stato di spin dell'elettrone e dell'entanglement fotonico. Norm., normalizzato.
L’Internet Quantistica: oltre la crittografia per nuove possibilità di comunicazione e calcolo
L’Internet quantistica rappresenta una svolta nella comunicazione sicura e nelle capacità di calcolo. La crittografia tradizionale, basata su algoritmi matematici complessi, può essere vulnerabile agli attacchi dei computer quantistici, che sono in grado di risolvere rapidamente problemi altrimenti irrisolvibili. L’internet quantistica supera questa sfida utilizzando i principi della meccanica quantistica per garantire la sicurezza delle comunicazioni. L’entanglement quantistico, uno dei concetti chiave dell’informatica quantistica, permette di creare collegamenti indissolubili tra particelle quantistiche, anche a distanze molto grandi. Questo significa che le informazioni trasmesse attraverso l’internet quantistica possono essere protette da eventuali tentativi di intercettazione o manipolazione. Inoltre, l’internet quantistica offre nuove possibilità di calcolo, consentendo di eseguire operazioni complesse in modo più veloce ed efficiente rispetto ai computer tradizionali. L’avvento dell’internet quantistica apre la strada a un futuro in cui la comunicazione sarà più sicura e le potenzialità di calcolo saranno ampliate in modo significativo.
Il cuore della futura Internet Quantistica: l’entanglement quantistico
L’entanglement quantistico è il cuore della futura Internet quantistica. Questo fenomeno fondamentale della meccanica quantistica permette di collegare e correlare istantaneamente particelle distanti nello spazio, indipendentemente dalla loro distanza. Nella prospettiva di una comunicazione sicura e inviolabile, l’entanglement quantistico rappresenta una risorsa preziosa. Grazie a questo fenomeno, sarà possibile creare canali di comunicazione che garantiscono la sicurezza dei dati trasmessi, poiché qualsiasi tentativo di intercettazione o manipolazione verrebbe immediatamente rilevato. Inoltre, l’entanglement quantistico offre anche nuove possibilità per il calcolo quantistico, consentendo di svolgere complessi calcoli paralleli in modo estremamente efficiente. Tuttavia, l’utilizzo dell’entanglement quantistico nella futura Internet quantistica presenta ancora diverse sfide tecniche da affrontare, come la sua memorizzazione e trasferimento su lunghe distanze. Nonostante queste difficoltà, gli scienziati stanno facendo progressi significativi per superare tali ostacoli e rendere possibile una vera Internet quantistica.
a, tabella laser. Qui, tutti i campi ottici sono preparati per il readout dei nodi A e B, la cavità di filtro e il blocco dell'interferometro a ritardo di tempo (TDI), mentre i qubit fotonici sono modellati da un AOM in fibra. b,c, nodi A e B. I nodi contengono il percorso di viaggio dei qubit fotonici e un percorso di readout per la lettura degli spin individuali, oltre a una porta di inserimento per un laser verde che stabilizza lo stato di carica dei SiV. d, interferometro a ritardo di tempo. Il TDI consente di misurare i qubit fotonici in basi di sovrapposizione.
Le sfide superate: memorizzando e trasferendo l’entanglement quantistico
Nel campo della rete internet quantistica, una delle sfide principali è stata la memorizzazione e il trasferimento dell’entanglement quantistico. L’entanglement quantistico è un fenomeno che permette a due particelle distanti di essere interconnesse in modo indissolubile, rendendo possibile la comunicazione sicura e la trasmissione di informazioni senza possibilità di intercettazione. Tuttavia, mantenere l’entanglement per un tempo sufficientemente lungo e trasferirlo su lunghe distanze sono processi complessi che richiedono tecnologie all’avanguardia. Grazie agli ultimi progressi scientifici, gli scienziati sono riusciti a superare queste sfide. Hanno sviluppato nuovi metodi per memorizzare l’entanglement quantistico in modo stabile e per trasferirlo su lunghe distanze senza perdite significative. Questi risultati rappresentano un passo fondamentale verso la realizzazione di una vera rete internet quantistica, in grado di fornire comunicazioni sicure e calcolo quantistico avanzato.
Verso una vera Internet Quantistica: progressi, standardizzazione e uscita dai laboratori
Negli ultimi anni, sono stati fatti notevoli progressi verso la realizzazione di una vera Internet quantistica. Numerosi laboratori e istituti di ricerca in tutto il mondo stanno lavorando per sviluppare tecnologie che consentano la comunicazione sicura basata sull’entanglement quantistico. Uno dei principali obiettivi è quello di superare le sfide tecnologiche e di standardizzare i protocolli di comunicazione quantistica per garantire l’interoperabilità tra diversi dispositivi e reti. I ricercatori stanno anche cercando di trovare modi per portare queste tecnologie fuori dal laboratorio e renderle accessibili al grande pubblico. Ciò richiede lo sviluppo di dispositivi più compatti, affidabili e facili da usare. Inoltre, è necessario affrontare questioni legate alla sicurezza delle reti quantistiche e alla protezione da potenziali attacchi informatici. La standardizzazione è un passo cruciale verso l’implementazione su larga scala dell’Internet quantistica. Gli sforzi internazionali per stabilire protocolli comuni e norme tecniche sono fondamentali per garantire l’interoperabilità tra diverse reti e consentire una comunicazione sicura su scala globale.
a, Schema della configurazione QFC. Al nodo A, il qubit fotonico viene downconvertito da 737 nm a 1.350 nm, in grado di propagarsi con basse perdite nelle fibre monomodali di telecomunicazione. Al nodo B, viene riconvertito a 737 nm. Le frequenze del laser di pompa nelle configurazioni di upconversione e downconversione sono detonate di Δω = 13 GHz per compensare la differenza di frequenze ottiche dei due SiV. b, fedeltà dello stato di Bell dello spin nucleare per diverse lunghezze di bobine di fibra di telecomunicazione tra i due nodi. L'entanglement persiste per lunghezze di fibra fino a 40 km. La decoerenza dello stato di Bell può essere spiegata da un modello che incorpora una diminuzione del rapporto segnale/rumore a causa dei conteggi oscuri a 2,7 Hz e dei fotoni di rumore di conversione a 2,5 Hz (linea continua). La linea tratteggiata mostra il limite classico. c, Risultati della misurazione dello stato di Bell creato attraverso un collegamento in fibra ottica lungo 35 km mostrato in d. Le barre tratteggiate mostrano le correlazioni previste da un modello teorico che utilizza parametri di prestazione misurati in modo indipendente dal nostro sistema. d, Percorso del collegamento in fibra ottica distribuito che collega i nodi A e B. Consiste in 35 km di fibra di telecomunicazione distribuita, instradata verso e indietro da una posizione fuori sede, che attraversa quattro comuni della regione metropolitana di Boston. Le barre di errore in b e c sono 1 s.d. Barra di scala, 1.000 m (d).
Knaut, C.M., Suleymanzade, A., Wei, YC. et al. Entanglement of nanophotonic quantum memory nodes in a telecom network. Nature 629, 573–578 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07252-z
In conclusione…
Nonostante le sfide ancora da affrontare, l’uscita dei risultati dai laboratori verso un’applicazione pratica sembra sempre più vicina. L’avanzamento della ricerca e l’impegno della comunità scientifica sono promettenti segnali che ci avviciniamo a una vera rivoluzione nella comunicazione sicura attraverso l’Internet quantistica. Alla luce dei recenti progressi nella ricerca sulla rete internet quantistica, sembra che il futuro della comunicazione sicura sia più vicino di quanto pensassimo. La dimostrazione del collegamento supersicuro tra Boston e il futuro delle telecomunicazioni è solo l’inizio di un nuovo capitolo nella storia della tecnologia. L’entanglement quantistico si rivela il cuore pulsante di questa futura internet, aprendo le porte a nuove possibilità di comunicazione e calcolo al di là della crittografia tradizionale. Tuttavia, ci sono ancora molte sfide da superare, come la memorizzazione e il trasferimento dell’entanglement quantistico. Inoltre, la standardizzazione e l’uscita dai laboratori sono fondamentali per rendere questa visione una realtà accessibile a tutti. Mentre continuiamo ad esplorare il potenziale della rete internet quantistica, ci viene in mente una domanda: quali saranno le implicazioni sociali, economiche e politiche di questa rivoluzione tecnologica?
