Nel febbraio 2020, gli scienziati dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dell'Università di Chicago hanno rivelato di aver raggiunto un entanglement quantistico , in cui il comportamento di una coppia di due minuscole particelle si lega, in modo che i loro stati siano identici. una rete ad anello quantico di 52 miglia (83,7 chilometri) nei sobborghi di Chicago.
Forse ti starai chiedendo di cosa si tratta, se non sei uno scienziato che ha familiarità con la meccanica quantistica , cioè il comportamento della materia e dell'energia alla scala più piccola della realtà, che è particolarmente diverso dal mondo che possiamo vedere intorno. noi.
Ma l'impresa dei ricercatori potrebbe essere un passo importante nello sviluppo di una nuova versione di Internet molto più potente nei prossimi decenni. Invece dei bit utilizzati dalla rete odierna, che possono esprimere solo un valore di 0 o 1, il futuro Internet quantistico utilizzerà qubit di informazioni quantistiche, che possono assumere un numero infinito di valori. (Un quibit è l'unità di informazione per un computer quantistico; è come un po 'in un normale computer).
Ciò darebbe all'Internet quantistica molto più larghezza di banda, il che renderebbe possibile connettere computer quantistici super potenti e altri dispositivi ed eseguire applicazioni enormi che semplicemente non sono possibili con l'Internet che abbiamo ora.
"Un'Internet quantistica sarà la piattaforma di un ecosistema quantistico, in cui computer, reti e sensori scambiano informazioni in un modo fondamentalmente nuovo in cui rilevamento, comunicazione e calcolo lavorano letteralmente insieme come un'unica entità", spiega David Awschalom via e-mail. È professore di spintronica e informazione quantistica presso la Pritzker School of Molecular Engineering presso l'Università di Chicago e uno scienziato senior presso Argonne, che ha guidato il progetto quantum-loop.
Spiegare Internet quantistico
Allora perché ne abbiamo bisogno e cosa fa? Per cominciare, l'Internet quantistico non è un sostituto dell'Internet normale che abbiamo ora. Piuttosto sarebbe un complemento o un suo ramo. Sarebbe in grado di prendersi cura di alcuni dei problemi che affliggono l'attuale Internet. Ad esempio, un Internet quantistico offrirebbe una protezione molto maggiore da hacker e criminali informatici. In questo momento, se Alice a New York invia un messaggio a Bob in California su Internet, quel messaggio viaggia più o meno in linea retta da una costa all'altra. Lungo il percorso, i segnali che trasmettono il messaggio si degradano; i ripetitori leggono i segnali, amplificano e correggono gli errori. Ma questo processo consente agli hacker di "irrompere" e intercettare il messaggio.
Tuttavia, un messaggio quantistico non avrebbe quel problema. Le reti quantistiche utilizzano particelle di fotoni luminosi per inviare messaggi non vulnerabili agli attacchi informatici. Invece di crittografare un messaggio usando la complessità matematica, afferma Ray Newell, ricercatore del Los Alamos National Laboratory , faremmo affidamento sulle regole peculiari della fisica quantistica. Con l'informazione quantistica, "non puoi copiarla o tagliarla a metà e non puoi nemmeno guardarla senza cambiarla". In effetti, il solo tentativo di intercettare un messaggio distrugge il messaggio , come ha notato la rivista Wired. Ciò consentirebbe la crittografia che sarebbe di gran lunga più sicura di qualsiasi altra cosa disponibile oggi.
"Il modo più semplice per comprendere il concetto di Internet quantistico è attraverso il concetto di teletrasporto quantistico" , dice in una e-mail Sumeet Khatri , ricercatore presso la Louisiana State University di Baton Rouge. Lui e colleghi hanno scritto un documento sulla fattibilità di un Internet quantistico basato sullo spazio , in cui i satelliti trasmetterebbero continuamente fotoni entangled sulla superficie terrestre, come descrive questo articolo di Technology Review .
"Il teletrasporto quantistico è diverso da ciò che la mente di un non scienziato potrebbe evocare in termini di ciò che vede nei film di fantascienza", dice Khatri. "Nel teletrasporto quantistico, due persone che vogliono comunicare condividono una coppia di particelle quantistiche che sono intrappolate. Quindi, attraverso una sequenza di operazioni, il mittente può inviare qualsiasi informazione quantistica al ricevitore (sebbene non possa essere fatto più velocemente della luce velocità, un malinteso comune). Questa raccolta di intrecci condivisi tra coppie di persone in tutto il mondo costituisce essenzialmente l'Internet quantistica. La questione centrale della ricerca è come distribuire al meglio queste coppie intrecciate a persone distribuite in tutto il mondo ".
Una volta che sarà possibile farlo su larga scala, l'Internet quantistico sarebbe così sorprendentemente veloce che gli orologi lontani potrebbero essere sincronizzati circa un migliaio di volte più precisamente dei migliori orologi atomici disponibili oggi, come spiega la rivista Cosmos . Ciò renderebbe la navigazione GPS molto più precisa di quanto non sia oggi e mappare il campo gravitazionale terrestre in modo così dettagliato che gli scienziati potrebbero individuare l'ondulazione delle onde gravitazionali. Potrebbe anche rendere possibile teletrasportare fotoni da telescopi a luce visibile distanti su tutta la Terra e collegarli in un gigantesco osservatorio virtuale.
"Potresti potenzialmente vedere pianeti attorno ad altre stelle", afferma Nicholas Peters, leader del gruppo del Quantum Information Science Group presso l' Oak Ridge National Laboratory .
Sarebbe anche possibile per le reti di computer quantistici super potenti in tutto il mondo lavorare insieme e creare simulazioni incredibilmente complesse. Ciò potrebbe consentire ai ricercatori di comprendere meglio il comportamento di molecole e proteine, ad esempio, e di sviluppare e testare nuovi farmaci.
Potrebbe anche aiutare i fisici a risolvere alcuni dei misteri di lunga data della realtà. "Non abbiamo un quadro completo di come funziona l'universo", afferma Newell. "Abbiamo un'ottima comprensione di come funziona la meccanica quantistica, ma non un quadro molto chiaro delle implicazioni. L'immagine è sfocata dove la meccanica quantistica si interseca con la nostra esperienza vissuta".
Sfide nella costruzione di Internet quantistico
Ma prima che tutto ciò possa accadere, i ricercatori devono capire come costruire un Internet quantistico e, data la stranezza della meccanica quantistica, non sarà facile. "Nel mondo classico è possibile codificare le informazioni e salvarle e non si deteriorano", afferma Peters. "Nel mondo quantistico, codifichi le informazioni e queste iniziano a decadere quasi immediatamente."
Un altro problema è che, poiché la quantità di energia che corrisponde alle informazioni quantistiche è molto bassa, è difficile impedire che interagisca con il mondo esterno. Oggi, "in molti casi, i sistemi quantistici funzionano solo a temperature molto basse", afferma Newell. "Un'altra alternativa è lavorare sotto vuoto e pompare tutta l'aria fuori".
Per realizzare una funzione Internet quantistica, dice Newell, avremo bisogno di tutti i tipi di hardware che non sono stati ancora sviluppati. Quindi è difficile dire a questo punto esattamente quando un Internet quantistico sarebbe attivo e funzionante, anche se uno scienziato cinese ha immaginato che potrebbe accadere già nel 2030.
Ora è interessante
Albert Einstein, che ha messo in dubbio la validità della meccanica quantistica, ha definito l'entanglement quantistico "azione spettrale a distanza", come spiega Technology Review .
Pubblicato originariamente: 30 marzo 2020
