Proposta una strategia per trasmettere stati quantistici su grandi distanze in assenza di ripetitori quantistici dal Gruppo Informazione Quantistica della Scuola Normale Superiore coordinato da Vittorio Giovannetti.


PISA, 18 novembre 2022. Capire come trasmettere stati quantistici (qubits) su grandi distanze è uno dei problemi principali per la costruzione del futuro “Quantum Internet”, ovvero una tecnologia che garantirebbe, per esempio una comunicazione sicura, distribuzione di entanglement, miglioramenti nella sensoristica (come nelle osservazioni astronomiche e nella sincronizzazione di orologi) e nuovi esperimenti di Fisica fondamentale. 

L’ approccio tipico per affrontare questo problema è quella di utilizzare ripetitori quantistici (quantum repeaters), ovvero dei dispositivi che vengono disposti lungo la linea di comunicazione per consentire la trasmissione di qubits lungo essa. Tuttavia la realizzazione pratica di tali strumenti è un sfida complessa ed attualmente esistono solo esperimenti in prova di principio su piccola scala e in condizioni ideali di laboratorio. Inoltre ammesso che in un futuro prossimo tali dispositivi possano essere  costruiti su larga scala  essi saranno costosi in termini di risorse tecnologiche: e’ quindi importante capire come limitarne l'uso. 

In un paio di lavori recenti del Gruppo Informazione Quantistica coordinato dal professor Vittorio GiovannettiFrancesco Anna Mele (studente di dottorato del corso di Nanoscienze della SNS), il professor Ludovico Lami (ex studente della Scuola Normale Superiore ed attualmente Assistant Professor presso l’Università di Amsterdam) e lo stesso Giovannetti propongono una strategia per trasmettere qubits su grandi distanze limitando l’uso di quantum repeaters.

Uno dei lavori è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica 
Physical Review Letters.

L’idea è quella di ingegnerizzare gli “effetti di memoria delle fibre ottiche”, ovvero effetti che emergono quando vengono immessi in input in una fibra ottica dei segnali ottici separati da una distanza temporale sufficientemente piccola. Per “effetti di memoria” si intende che il rumore che disturba un segnale ottico è influenzato dai segnali ottici inviati in precedenza. Nei lavori sopra citati, viene proposto un “toy-model” per studiare la fisica di tali effetti e da questo vengono ricavati risultati promettenti in termini di efficienza della comunicazione quantistica. I prossimi sviluppi di questa ricerca consistono nello studiare sperimentalmente questi effetti di memoria per formulare un modello fisico sempre più realistico e per determinarne le implicazioni tecnologiche.

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