Fonte: rivista "Le Scienze", risorse Internet.Il teletrasporto quantistico compie vent'anniRisale al 1997 la prima dimostrazione sperimentaleche gli stati quantistici possono essere teletrasportatida un luogo all'altro, un risultato che ha avuto enormiconseguenze per lo sviluppo della comunicazionequantistica e dell'informaticadi Nicolas Gisin / NatureControllare l'interferenza di fotoni da atomi entangledUn entanglement tra migliaia di atomi ultrafreddiUna conferma spaziale per il dualismo del fotoneEntanglement da record grazie a un satellite.La prima comunicazione quantistica via satelliteNuovo record per l'entanglement quantisticoTest cosmico per l'entanglementTest cosmicoper l'entanglementIl teletrasporto non temedistanze né turbolenze atmosfericheIl tele-trasporto non teme distanze né turbolenzeatmosferichefisica delle particellefisica teoricaChi non ha mai sognato di sperimentare ilteletrasporto? Soprattutto se ci si trovabloccati in un ingorgo stradale. Esseresmaterializzati e ricostituiti in un luogo lontano suona meraviglioso e impossibile.Ma è davvero impossibile?È vero, un corpo fatto di materia non puòsemplicemente sparire qui e ricomparire làsenza percorrere la distanza intermedia.Ma un oggetto non è solo materia, è anchestruttura, sostanza e forma, come ci hainsegnato Aristotele molto tempo fa; particellee stati quantistici, come direbbero oggi i fisici.Vent'anni fa, Danilo Boschi e colleghi, allaSapienza di Roma, e Dik Bouwmeester e colleghi,in Austria, usarono questa idea per realizzare iprimi esperimenti di teletrasporto quantistico,che portarono a grandi progressi nell'informaticaquantistica.Nel 1993, un gruppo di fisici teorici stavaaffrontando due argomenti all'epoca piuttostoscreditati: l'entanglement e la non-località.L'entanglement è un fenomeno in cui due o piùparticelle quantistiche condividono uno statocomune in un modo tale da impedire che ciascunaparticella posaa essere descritta in modo indipendente.La non-località si riferisce all'osservazione che leparticelle quantistiche spazialmente separate sicomportano in modi che sfidano la nostra intuizionesullo spazio e sul tempo.Il teletrasporto quantistico compie vent'anni©Science Photo Library / AGFImprovvisamente,i teorici si resero conto che una coppia di particelleentangled poteva essere usata per teletrasportareuno stato quantistico da una posizione a un'altraposizione distante, anche se il mittente nonconosceva lo stato quantistico o la posizionedel ricevente.Durante il processo di teletrasporto, la materianella posizione del mittente avrebbe perso la suastruttura, che sarebbe stata acquisita dalla materianon strutturata nella posizione del destinatario.Lo stato quantistico sarebbe quindi scomparsodal mittente per riapparire dal ricevente.Si noti che questo processo non crea una copiadello stato quantistico perché lo stato al mittenteè distrutto, come è richiesto da un principio notocome teorema del no-cloning quantistico.Oltre alle due particelle entangled, il processo diteletrasporto avrebbe richiesto che il mittentetrasmetta una piccola quantità di informazioniclassiche (non quantistiche). Nell'usuale casodi uno stato quantistico parametrizzato da duenumeri ordinari (reali), sarebbero necessari solodue bit ossia una quantità di informazioni moltominore rispetto alla descrizione classica dello statoquantistico. Questa informazione classica avrebbegarantito che l'intero processo non corresse piùrapidamente della velocità della luce.I teorici coniarono il termine "teletrasportoquantistico" (qui l'infografica di "Nature" che loillustra) e i giornalisti lo diffusero in tutto ilmondo. Ma ritengo che il termine nonrappresenti solo un'ottima operazione dipubbliche relazione, bensì che descrivafedelmente ciò che accade: un oggettoscompare nel senso che si trasforma in una"polvere" non strutturata, e la "polvere"lontana acquisisce l'esatta (e forse sconosciuta)struttura dell'oggetto.La piena comprensione del teletrasportoquantistico è difficile e il concetto inizialmenteha portato a una certa confusione. Per esempio,una volta sono stato invitato a una conferenzasu come ridurre gli ingorghi nel traffico.Gli esperti di informazione quantistica peròhanno capito rapidamente il concetto e raccoltola sfida di dimostrare il teletrasporto quantisticoin un esperimento.Il problema principale da superare era la realiz-zazione di una misurazione dello stato di Bell,vale a dire una misurazione congiunta di duestati quantistici: lo stato da teletrasportare elo stato di una delle particelle entangled.L'obiettivo è acquisire informazioni sullarelazione tra i due stati, senza ottenerealcuna informazione sugli stati stessi, unamisurazione paragonabile alla misurazionedell'angolo tra due frecce che si toccano, senzasapere nulla sulle direzioni in cui queste frecce puntano.Questo è possibile solo nel mondoquantistico, sfruttando un altro aspettodell'entanglement. Oggi sappiamo che è impossibile eseguire una misurazionecompleta dello stato di Bell usando soloottiche lineari (per le quali l'intensità dellaluce non è abbastanza elevata perché siverifichi la creazione di fotoni).Nell 1997, quattro anni appena dopo lascoperta teorica, due gruppi riuscirononell'impresa del teletrasporto quantistico.Il primo fu quello di Danilo Boschi, alloraall'Università "La Sapienza" di Roma, ecolleghi, seguito solo pochi mesi dopo dalgruppo di Bouwmeester, in Austria.Sandu Popescu, dell'Università di Cambridgee membro del team italiano, ebbe l'idea dicodificare i due stati quantistici coinvoltinella misurazione dello stato di Bell in ununico fotone. Harald Weinfurter, dell'Universitàdi Innsbruck e membro del team austriaco,scoprì come eseguire una misurazione(parziale) dello stato di Bell su due fotoniindipendenti.Il teletrasporto quantistico compie vent'anni.Alcune delle strumentazioni utilizzatedurante un esperimento di entanglementpresso l'università di Vienna, nel 2003(SPL/AGF)Anche se Boschi e colleghi sonostati i primi a dimostrare il teletrasportoquantistico, la lotteria del processo direferaggio fece sì che il lavoro di Bouwmeestere colleghi venisse pubblicato per primo.Questo avrebbe potuto scatenare una ferocebattaglia, che avrebbe devastato la nascentecomunità degli informatici quantistici.Fortunatamente, c' era abbastanzalavoro e creatività da tenere tutti occupati.Lo stesso anno, un gruppo di scienziatisi riunì in Finlandia avviando progettieuropei dedicati alla scienza dell'informa-zione quantistica.Io ero lì e potei quindi contribuire,insieme a diversi colleghi, a questiprogetti di grande successo.Questo lavoro ha portato all'attualeprogramma di ricerca nelle tecnologiequantistiche varato dalla Commissioneeuropea, che è il più grande programmascientifico d'Europa.Dal 1997, il teletrasporto quantisticoè diventato una parte importante dellascienza dell'informazione quantistica.Per esempio, ci si è resi conto che ilprocesso poteva consentire la comunica-zione quantistica su distanze arbitrariamentegrandi, grazie a dispositivi chiamati ripetitoriquantistici, o la comunicazione nello spazio.Pochi mesi fa è stato dimostrato il teletrasportoquantistico tra un satellite e una stazioneterrestre in Cina, su distanze fino a 1200chilometri.Nel teletrasporto quantistico ci sono tredistanze chiave: dal mittente all'analizzatoredello stato di Bell (il dispositivo che esegue lamisurazione dello stato di Bell), dalla sorgentedi fotoni entangled all'analizzatore dello statodi Bell, e dalla sorgente di fotoni entangled alricevente.La maggior parte degli esperimenti ha cercatodi massimizzare l'ultima di queste distanzeperché è la più facile da ottenere, anche seun esperimento ha preso in considerazionetutte e tre le distanze. Altri lavori hannosuggerito di sfruttare il teletrasporto su distanzeestremamente brevi (pochi millimetri), mausando un gran numero di stati quantistici.Ciò potrebbe accelerare enormementel'elaborazione delle informazioni nei computerquantistici rispetto a quanto sarebbe altrimenti possibile.A vent' anni dalle prime dimostrazioni sperimentali,il teletrasporto quantistico è uno strumento chepermetterà alla fiorente comunità di fisici, ingegneri,informatici e matematici di lavorare insieme persviluppare la prossima generazione di sistemi dicomunicazione quantistica e di computer quantistici.------------Nicolas Gisin è direttore di ricerca alGAP (Group of Applied Physics)dell'Università di Ginevra, in Svizzera.(L'originale di questo articolo è statopubblicato su Nature il 6 dicembre 2017.Traduzione ed editing a cura di Le Scienze.Riproduzione autorizzata,tutti i diritti riservati.)
Il teletrasporto...
Fonte: rivista "Le Scienze", risorse Internet.Il teletrasporto quantistico compie vent'anniRisale al 1997 la prima dimostrazione sperimentaleche gli stati quantistici possono essere teletrasportatida un luogo all'altro, un risultato che ha avuto enormiconseguenze per lo sviluppo della comunicazionequantistica e dell'informaticadi Nicolas Gisin / NatureControllare l'interferenza di fotoni da atomi entangledUn entanglement tra migliaia di atomi ultrafreddiUna conferma spaziale per il dualismo del fotoneEntanglement da record grazie a un satellite.La prima comunicazione quantistica via satelliteNuovo record per l'entanglement quantisticoTest cosmico per l'entanglementTest cosmicoper l'entanglementIl teletrasporto non temedistanze né turbolenze atmosfericheIl tele-trasporto non teme distanze né turbolenzeatmosferichefisica delle particellefisica teoricaChi non ha mai sognato di sperimentare ilteletrasporto? Soprattutto se ci si trovabloccati in un ingorgo stradale. Esseresmaterializzati e ricostituiti in un luogo lontano suona meraviglioso e impossibile.Ma è davvero impossibile?È vero, un corpo fatto di materia non puòsemplicemente sparire qui e ricomparire làsenza percorrere la distanza intermedia.Ma un oggetto non è solo materia, è anchestruttura, sostanza e forma, come ci hainsegnato Aristotele molto tempo fa; particellee stati quantistici, come direbbero oggi i fisici.Vent'anni fa, Danilo Boschi e colleghi, allaSapienza di Roma, e Dik Bouwmeester e colleghi,in Austria, usarono questa idea per realizzare iprimi esperimenti di teletrasporto quantistico,che portarono a grandi progressi nell'informaticaquantistica.Nel 1993, un gruppo di fisici teorici stavaaffrontando due argomenti all'epoca piuttostoscreditati: l'entanglement e la non-località.L'entanglement è un fenomeno in cui due o piùparticelle quantistiche condividono uno statocomune in un modo tale da impedire che ciascunaparticella posaa essere descritta in modo indipendente.La non-località si riferisce all'osservazione che leparticelle quantistiche spazialmente separate sicomportano in modi che sfidano la nostra intuizionesullo spazio e sul tempo.Il teletrasporto quantistico compie vent'anni©Science Photo Library / AGFImprovvisamente,i teorici si resero conto che una coppia di particelleentangled poteva essere usata per teletrasportareuno stato quantistico da una posizione a un'altraposizione distante, anche se il mittente nonconosceva lo stato quantistico o la posizionedel ricevente.Durante il processo di teletrasporto, la materianella posizione del mittente avrebbe perso la suastruttura, che sarebbe stata acquisita dalla materianon strutturata nella posizione del destinatario.Lo stato quantistico sarebbe quindi scomparsodal mittente per riapparire dal ricevente.Si noti che questo processo non crea una copiadello stato quantistico perché lo stato al mittenteè distrutto, come è richiesto da un principio notocome teorema del no-cloning quantistico.Oltre alle due particelle entangled, il processo diteletrasporto avrebbe richiesto che il mittentetrasmetta una piccola quantità di informazioniclassiche (non quantistiche). Nell'usuale casodi uno stato quantistico parametrizzato da duenumeri ordinari (reali), sarebbero necessari solodue bit ossia una quantità di informazioni moltominore rispetto alla descrizione classica dello statoquantistico. Questa informazione classica avrebbegarantito che l'intero processo non corresse piùrapidamente della velocità della luce.I teorici coniarono il termine "teletrasportoquantistico" (qui l'infografica di "Nature" che loillustra) e i giornalisti lo diffusero in tutto ilmondo. Ma ritengo che il termine nonrappresenti solo un'ottima operazione dipubbliche relazione, bensì che descrivafedelmente ciò che accade: un oggettoscompare nel senso che si trasforma in una"polvere" non strutturata, e la "polvere"lontana acquisisce l'esatta (e forse sconosciuta)struttura dell'oggetto.La piena comprensione del teletrasportoquantistico è difficile e il concetto inizialmenteha portato a una certa confusione. Per esempio,una volta sono stato invitato a una conferenzasu come ridurre gli ingorghi nel traffico.Gli esperti di informazione quantistica peròhanno capito rapidamente il concetto e raccoltola sfida di dimostrare il teletrasporto quantisticoin un esperimento.Il problema principale da superare era la realiz-zazione di una misurazione dello stato di Bell,vale a dire una misurazione congiunta di duestati quantistici: lo stato da teletrasportare elo stato di una delle particelle entangled.L'obiettivo è acquisire informazioni sullarelazione tra i due stati, senza ottenerealcuna informazione sugli stati stessi, unamisurazione paragonabile alla misurazionedell'angolo tra due frecce che si toccano, senzasapere nulla sulle direzioni in cui queste frecce puntano.Questo è possibile solo nel mondoquantistico, sfruttando un altro aspettodell'entanglement. Oggi sappiamo che è impossibile eseguire una misurazionecompleta dello stato di Bell usando soloottiche lineari (per le quali l'intensità dellaluce non è abbastanza elevata perché siverifichi la creazione di fotoni).Nell 1997, quattro anni appena dopo lascoperta teorica, due gruppi riuscirononell'impresa del teletrasporto quantistico.Il primo fu quello di Danilo Boschi, alloraall'Università "La Sapienza" di Roma, ecolleghi, seguito solo pochi mesi dopo dalgruppo di Bouwmeester, in Austria.Sandu Popescu, dell'Università di Cambridgee membro del team italiano, ebbe l'idea dicodificare i due stati quantistici coinvoltinella misurazione dello stato di Bell in ununico fotone. Harald Weinfurter, dell'Universitàdi Innsbruck e membro del team austriaco,scoprì come eseguire una misurazione(parziale) dello stato di Bell su due fotoniindipendenti.Il teletrasporto quantistico compie vent'anni.Alcune delle strumentazioni utilizzatedurante un esperimento di entanglementpresso l'università di Vienna, nel 2003(SPL/AGF)Anche se Boschi e colleghi sonostati i primi a dimostrare il teletrasportoquantistico, la lotteria del processo direferaggio fece sì che il lavoro di Bouwmeestere colleghi venisse pubblicato per primo.Questo avrebbe potuto scatenare una ferocebattaglia, che avrebbe devastato la nascentecomunità degli informatici quantistici.Fortunatamente, c' era abbastanzalavoro e creatività da tenere tutti occupati.Lo stesso anno, un gruppo di scienziatisi riunì in Finlandia avviando progettieuropei dedicati alla scienza dell'informa-zione quantistica.Io ero lì e potei quindi contribuire,insieme a diversi colleghi, a questiprogetti di grande successo.Questo lavoro ha portato all'attualeprogramma di ricerca nelle tecnologiequantistiche varato dalla Commissioneeuropea, che è il più grande programmascientifico d'Europa.Dal 1997, il teletrasporto quantisticoè diventato una parte importante dellascienza dell'informazione quantistica.Per esempio, ci si è resi conto che ilprocesso poteva consentire la comunica-zione quantistica su distanze arbitrariamentegrandi, grazie a dispositivi chiamati ripetitoriquantistici, o la comunicazione nello spazio.Pochi mesi fa è stato dimostrato il teletrasportoquantistico tra un satellite e una stazioneterrestre in Cina, su distanze fino a 1200chilometri.Nel teletrasporto quantistico ci sono tredistanze chiave: dal mittente all'analizzatoredello stato di Bell (il dispositivo che esegue lamisurazione dello stato di Bell), dalla sorgentedi fotoni entangled all'analizzatore dello statodi Bell, e dalla sorgente di fotoni entangled alricevente.La maggior parte degli esperimenti ha cercatodi massimizzare l'ultima di queste distanzeperché è la più facile da ottenere, anche seun esperimento ha preso in considerazionetutte e tre le distanze. Altri lavori hannosuggerito di sfruttare il teletrasporto su distanzeestremamente brevi (pochi millimetri), mausando un gran numero di stati quantistici.Ciò potrebbe accelerare enormementel'elaborazione delle informazioni nei computerquantistici rispetto a quanto sarebbe altrimenti possibile.A vent' anni dalle prime dimostrazioni sperimentali,il teletrasporto quantistico è uno strumento chepermetterà alla fiorente comunità di fisici, ingegneri,informatici e matematici di lavorare insieme persviluppare la prossima generazione di sistemi dicomunicazione quantistica e di computer quantistici.------------Nicolas Gisin è direttore di ricerca alGAP (Group of Applied Physics)dell'Università di Ginevra, in Svizzera.(L'originale di questo articolo è statopubblicato su Nature il 6 dicembre 2017.Traduzione ed editing a cura di Le Scienze.Riproduzione autorizzata,tutti i diritti riservati.)