Nel febbraio 2020, gli scienziati dell'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e dell'Università di Chicago hanno scoperto di aver raggiunto l'entanglement quantistico – in cui il comportamento di una coppia di due minuscole particelle si lega, in modo che i loro stati siano identici – questo è accaduto in una rete di 83,7 km con quantum loop nella periferia di Chicago.
Potresti chiederti di cosa si tratta se non sei uno scienziato che ha familiarità con la meccanica quantistica, ovvero il comportamento della materia e dell'energia alla scala più piccola della realtà, che è particolarmente diverso dal mondo che possiamo vedere intorno a noi.
L'esplorazione dei ricercatori potrebbe essere un passo importante nello sviluppo di una nuova versione molto più potente di Internet nei prossimi decenni. Invece dei bit utilizzati dalla rete moderna, che possono essere espressi solo come 0 o 1, la futura Internet quantistica utilizzerà qubit di informazioni quantistiche, che possono assumere un numero infinito di valori. (Un qubit è un'unità di informazione per un computer quantistico.)
Ciò darebbe all'Internet quantistica più larghezza di banda, consentendole di connettere computer quantistici ultra potenti e altri dispositivi ed eseguire applicazioni che semplicemente non sono possibili con l'Internet che abbiamo.
“Internet quantistico diventerà la piattaforma dell'ecosistema quantistico, dove computer, reti e sensori scambiano informazioni in un modo fondamentalmente nuovo, in cui rilevamento, comunicazione e calcolo lavorano letteralmente insieme come uno”, spiega David Aushalom, professore di spintronica e informazione quantistica presso la scuola. Molecular Engineering di Pritzker presso l'Università di Chicago e un senior fellow presso Argonne che ha guidato il progetto quantum loop.
Cos'è Internet quantistico?
Allora perché abbiamo bisogno di lui e cosa fa? Per cominciare, l'Internet quantistico non è un sostituto per l'Internet normale che abbiamo ora. Piuttosto, è un'aggiunta ad esso. Potrebbe occuparsi di alcuni dei problemi che stanno interferendo con l'attuale Internet. Ad esempio, l'Internet quantistica fornirà una maggiore protezione contro hacker e criminali informatici. In questo momento, se Alice a New York invia un messaggio a Bob in California tramite Internet, quel messaggio viaggia più o meno in linea retta da costa a costa. Lungo il percorso, i segnali che portano il messaggio vengono degradati; i ripetitori leggono i segnali, amplificano e correggono gli errori. Ma questo processo consente agli hacker di “decifrare” e intercettare il messaggio.
La messaggistica quantistica non ha questo problema. Le reti quantistiche utilizzano particelle fotoniche leggere per inviare messaggi immuni agli attacchi informatici. Invece di crittografare un messaggio utilizzando la complessità matematica, ci baseremo sulle regole speciali della fisica quantistica, secondo Ray Newell, un ricercatore del Los Alamos National Laboratory. Con le informazioni quantistiche, “non puoi copiarle o dividerle e non puoi nemmeno guardarle senza cambiarle”. Infatti, il semplice tentativo di intercettare il messaggio distrugge il messaggio, come osserva il registro di Wired. Ciò renderebbe tutto molto più sicuro di quanto è disponibile oggi.
“Il modo più semplice per comprendere il concetto di Internet quantistico è con il concetto di teletrasporto quantistico”, afferma Sumit Khatri, ricercatore presso la Louisiana State University di Baton Rouge. Lui ei suoi colleghi hanno scritto un articolo sulla possibilità di un'Internet quantistica basata sullo spazio, in cui i satelliti trasmetteranno continuamente fotoni entangled sulla superficie terrestre, come descritto nell'articolo Technology Overview.
“Il teletrasporto quantistico non è come ciò che la mente di un non scienziato potrebbe inventare 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 serie di operazioni, il mittente può inviare qualsiasi informazione quantistica al destinatario (sebbene ciò non possa essere fatto più velocemente della velocità della luce). Questa raccolta di intrecci condivisi tra coppie di persone in tutto il mondo costituisce essenzialmente l'Internet quantistica. La principale domanda di ricerca è come distribuire al meglio queste coppie intrecciate tra le persone distribuite in tutto il mondo. ”
Una volta che questo può essere fatto su larga scala, l'Internet quantistica diventerà così incredibilmente veloce che gli orologi remoti saranno sincronizzati circa mille volte più accuratamente dei migliori orologi atomici oggi disponibili, secondo la rivista Cosmos. Ciò renderebbe la navigazione GPS molto più precisa di quanto non sia oggi e visualizzerebbe il campo gravitazionale terrestre in modo così dettagliato che gli scienziati possono notare la pulsazione delle onde gravitazionali. Potrebbe anche consentire ai fotoni di teletrasportarsi da telescopi a luce visibile distanti attraverso la terra e collegarli a un gigantesco osservatorio virtuale.
“Potresti potenzialmente vedere pianeti attorno ad altre stelle”, afferma Nicholas Peters, team leader per la scienza dell'informazione quantistica presso l'Oak Ridge National Laboratory.
Problemi di costruzione di un Internet quantistico.
Ma prima che tutto ciò possa accadere, i ricercatori devono capire come costruire un Internet quantistico e, data la strana natura della meccanica quantistica, non sarà facile. “Nel mondo classico, puoi codificare le informazioni e memorizzarle, e non vengono distrutte”, dice 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 davvero piccola, 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 nel vuoto”.
Newell dice che per creare una funzione Internet quantistica, abbiamo bisogno di un tipo di hardware che non è stato ancora sviluppato. Pertanto, è difficile dire esattamente quando verrà lanciato Internet quantistico, anche se alcuni scienziati suggeriscono che ciò potrebbe accadere già nel 2030.
