Per 15 giorni lo scorso dicembre, una complessa operazione quantistica ha avuto luogo nelle profondità di New York Metropolis. Fotoni di luce hanno attraversato un’space che si estendeva dal Brooklyn Navy Yard a Corona, Queens, formando una rete quantistica lunga 21 miglia (34 chilometri) sotto la metropoli.
La società di {hardware} quantistico Qunnect ha condotto l’esperimento sul suo testbed GothamQ. La rete quantistica ha funzionato su fibre ottiche esistenti che costituiscono parte dell’infrastruttura di telecomunicazioni di New York. La differenza fondamentale tra le telecomunicazioni sotterranee tradizionali e il recente esperimento è che, invece di normali fotoni che viaggiano attraverso i cavi, il workforce Qunnect ha trasmesso fotoni polarizzati e aggrovigliati, ovvero fotoni in uno stato quantistico. La ricerca del workforce è attualmente ospitata sul server di preprint arXiv.
“È sempre difficile spiegare cosa farà per te un’infrastruttura di nuova generazione. Spesso le persone che inventano l’infrastruttura non lo sanno”, ha affermato Mehdi Namazi, fisico quantistico e Chief Science Officer di Qunnect, in una videochiamata con Gizmodo. “È molto difficile dire quale sarà il caso d’uso, perché è come definire quale sarebbe stata l’applicazione di Web”.
Namazi ha affermato che gran parte del lavoro del workforce period “di gran lunga all’avanguardia nel networking quantistico”. Per gestire la sua rete quantistica, il workforce ha generato coppie di fotoni, particelle di luce, utilizzando una cella a vapore di rubidio-87. Le coppie di fotoni erano entangled, il che significa che le proprietà di uno dei fotoni erano particular dall’altro e viceversa. L’entanglement è una proprietà quantistica; pertanto, il workforce ha utilizzato i fotoni come bit quantistico (o qubit) per la comunicazione. I qubit sono il fondamento dei pc quantistici. Spesso costituiti da atomi in una matrice, i qubit sono mantenuti molto freddi in modo che possano entrare in uno stato quantistico, che conferisce loro proprietà che li rendono utili per calcoli complessi.
Il recente progetto ha inviato mezzo milione di coppie di fotoni al secondo attraverso l’infrastruttura by way of cavo, il che significa che 648 miliardi di coppie di fotoni sono state sparate attraverso il sistema nel corso dell’esperimento di 15 giorni. Precedenti esperimenti che utilizzavano un’infrastruttura simile hanno raggiunto solo tassi di circa 10.000-20.000 coppie di fotoni al secondo.
A differenza dei pc quantistici, che devono essere mantenuti a temperature tremendous raffreddate per rimanere in uno stato quantistico, i fotoni possono trasportare informazioni quantistiche a temperatura ambiente. Grazie a questa proprietà unica delle particelle luminose, il workforce è stato in grado di utilizzare infrastrutture esistenti su larga scala sotto New York per il loro lavoro invece di un esperimento più piccolo in un ambiente di laboratorio attentamente gestito.
La rete è rimasta operativa per il 99,84% della durata dell’esperimento, che si è concluso semplicemente perché c’erano altri pesci da friggere. In altre parole, la rete non ha mostrato segni di perdere il suo stato di entanglement se l’esperimento fosse continuato.
Parte dell’innovazione del workforce è stata quella di mettere in pausa l’operazione per periodi di tempo molto brevi (stiamo parlando di millisecondi) per inviare impulsi di luce classica attraverso il sistema come riferimento per valutare il sistema e verificare le perturbazioni che potrebbero interrompere il funzionamento quantistico dei fotoni. Tali interruzioni, un processo chiamato time multiplexing, hanno portato l’operazione offline solo per lo 0,16% dell’esperimento di 15 giorni, portando al 99,84% di uptime precedentemente indicato.
“Il nostro lavoro apre la strada all’implementazione pratica di reti basate sull’entanglement 24 ore su 24, 7 giorni su 7, con velocità e fedeltà adeguate per molti casi d’uso attuali e futuri”, ha scritto il workforce nel suo articolo.
“Tutto ciò che abbiamo cercato di sviluppare ruota attorno a questa concept di ‘è pratico?'”, ha detto Namazi. “Può distribuire praticamente l’entanglement in un modo così robusto, stabile e di alta qualità da poter sempre essere certi che sia utile nelle applicazioni, che si tratti di sicurezza informatica o di una visione più ampia di come potrebbe apparire l’web quantistica?”
Le applicazioni più rapid della tecnologia, ha detto, sono nella sicurezza informatica. “Se puoi usarli per inviare i tuoi 0 e 1, o usarli come un modo per creare una chiave per la tua crittografia, è molto, molto più difficile hackerarli”, ha detto Namazi. “Se succede qualcosa a uno dei tuoi fotoni, l’altro lo sa immediatamente. E non c’è niente che un hacker possa fare al riguardo perché non c’è modo di replicare questo tipo di connessione”.
C’è ancora molta strada da fare verso applicazioni pratiche, e ancora di più per concetti ancora astratti come l’web quantistico. Namazi ha detto che la velocità di trasmissione dei fotoni period “non 5G, non ci si avvicinava neanche lontanamente”, ma almeno “10 volte meglio dell’web dial-up”.
Sebbene molte delle applicazioni, in effetti alcune delle implicazioni più ampie e significative del lavoro, siano ancora oltre l’orizzonte, l’esperimento è un ottimo promemoria della scienza che si sta facendo tutto intorno a noi. La prossima volta che rimarrai bloccato in metropolitana, almeno sarai in grado di riflettere sulla straordinaria fisica che sta avvenendo, anche sottoterra, da qualche parte vicino a te. Naturalmente, i fotoni stanno arrivando dove devono andare molto più velocemente di te.