teletrasporto quantico

Nel numero odierno di Nature, un team dell'Università di Oxford descrive l'uso del teletrasporto quantistico per collegare due pezzi di hardware quantistico situati a circa 2 metri di distanza, il che significa che potrebbero facilmente essere in stanze diverse. Una volta collegati, i due pezzi di hardware possono essere trattati come un singolo computer quantistico, consentendo l'esecuzione di algoritmi semplici che coinvolgono operazioni su entrambi i lati del divario di 2 metri.

Il team di Oxford era interessato solo a una prova di concetto e ha quindi utilizzato un sistema estremamente semplificato. Ogni estremità del divario di 2 metri conteneva una trappola singola che teneva due ioni, uno di stronzio e uno di calcio. I due atomi potevano essere entangled l'uno con l'altro, facendoli operare come un'unica unità.

L'ione di calcio serviva come memoria locale ed era utilizzato nei calcoli, mentre l'ione di stronzio serviva come una delle due estremità della rete quantistica. Un cavo ottico tra le due trappole di ioni permetteva ai fotoni di entanglare i due ioni di stronzio, facendo funzionare l'intero sistema come un'unica unità. La cosa fondamentale dei processi di entanglement utilizzati qui è che un fallimento nell'entanglamento lasciava il sistema nel suo stato originale, il che significa che i ricercatori potevano semplicemente continuare a provare fino a quando i qubit non erano entangled. L'evento di entanglement avrebbe anche portato a un fotone che poteva essere misurato, permettendo al team di sapere quando il successo era stato raggiunto (questo tipo di entanglement con un segnale di successo è chiamato "heralded" dagli esperti del settore).

I ricercatori hanno dimostrato che questa configurazione permetteva loro di teletrasportarsi con una specifica operazione di gate (controlled-Z), che può servire come base per qualsiasi altra operazione di gate a due qubit - qualsiasi operazione che si desidera fare può essere eseguita utilizzando una combinazione specifica di questi gate. Dopo aver eseguito più round di questi gate, il team ha riscontrato che la tipica fedeltà era intorno al 70 percento. Ma hanno anche scoperto che gli errori non avevano nulla a che fare con il processo di teletrasporto ed erano il risultato di operazioni locali in una delle due estremità della rete. Sospettano che l'uso di hardware commerciale, che ha tassi di errore molto più bassi, migliorerebbe notevolmente le cose. Infine, hanno eseguito una versione dell'algoritmo di Grover, che può, con una singola query, identificare un singolo elemento da una lista non ordinata arbitrariamente grande. L'aspetto "arbitrario" è determinato dal numero di qubit disponibili; in questo caso, avendo solo due qubit, la lista poteva contenere al massimo quattro elementi. Tuttavia, ha funzionato, ancora con una fedeltà di circa il 70 percento.

Sebbene il lavoro sia stato svolto con ioni intrappolati, quasi ogni tipo di qubit in sviluppo può essere controllato con fotoni, quindi l'approccio generale è indipendente dall'hardware. E, data la sofisticatezza del nostro hardware ottico, dovrebbe essere possibile collegare più chip a varie distanze, tutti utilizzando hardware che non richiede il miglior vuoto o le temperature più basse che possiamo generare. Detto questo, il tasso di errore dei passaggi di teletrasporto potrebbe ancora essere un problema, anche se era inferiore al tasso di errore dell'hardware di base in questi esperimenti. La fedeltà era del 97 percento, che è inferiore ai tassi di errore dell'hardware della maggior parte dei qubit e abbastanza alta da non poter eseguire troppi di questi passaggi prima che la probabilità di errori diventi inaccettabilmente alta.