Una comunicazione più veloce e sicura è l’obiettivo di molte ricerche di meccanica quantistica. La realizzazione di reti quantistiche, cioè insiemi di nodi lontani collegati attraverso correlazioni quantistiche, sarà il punto di svolta verso la creazione di un nuovo tipo di connettività globale: l’Internet quantistico. La trasmissione di informazione avverrà grazie al teletrasporto quantistico, che permette di trasferire stati quantistici tra luoghi remoti senza necessità di trasmissione diretta,sfruttando l’entanglement quantistico, ovvero una proprietà di correlazione a distanza unicamente possibile nei sistemi quantistici, come i singoli fotoni.

Lo studio, pubblicato sulla rivista Nature Communications, è nato dalla collaborazione tra due gruppi del Dipartimento di Fisica della Sapienza, Nanophotonics e Quantum Lab, guidati rispettivamente da Rinaldo Trotta e da Fabio Sciarrino, e mostra come realizzare un protocollo di teletrasporto quantistico attraverso il campus della Sapienza, collegando tre nodi stabiliti in tre laboratori diversi e interfacciando emettitori di fotoni, definiti Quantum Dot. Questi sono tra i più efficienti emettitori di segnali ottici nel campo della comunicazione quantistica.

L’aspetto innovativo dell’esperimento è l'utilizzo di Quantum Dots con caratteristiche inizialmente differenti e situati in laboratori distinti. In generale, il teletrasporto quantistico richiede sorgenti di fotoni identiche, molto difficili da fabbricare, ma in questa occasione è stato dimostrato che, "accordando" attivamente le frequenze di due sorgenti diverse tramite campi magnetici e deformazione meccanica, è possibile farle comunicare con alta efficienza fino a utilizzarle per il teletrasporto quantistico.

“Un primo fotone, su cui era “caricato” lo stato da teletrasportare, ha viaggiato da un laboratorio all’altro attraverso una fibra ottica, fino a interferire con un secondo fotone, emesso da un diverso Quantum Dot – spiega Alessandro Laneve tra gli autori dello studio - L’interferenza ha attivato il teletrasporto quantistico dello stato del primo fotone su un terzo fotone legato al secondo da entanglement quantistico. Il terzo fotone ha così viaggiato attraverso un canale in aria dall’Edificio Marconi del Dipartimento di Fisica della Sapienza all’Edificio Fermi, dove è stato analizzato”.

Il trasferimento di informazione è avvenuto quindi da un fotone all’altro, senza che le due particelle avessero mai interagito. Il valore di accuratezza raggiunto è dell’82%, ben al di sopra del limite ottenibile con comunicazione classica. Questo risultato è stato ottenuto, in aggiunta, non solo in ambiente di laboratorio, ma anche in uno scenario applicativo e realistico come quello di una rete ibrida (fibra e aria) che unisce due edifici della Città universitaria.

Il fine ultimo delle ricerche sul teletrasporto quantistico è riuscire a mettere le basi per la realizzazione di un Internet quantistico effettivamente utile. Per fare questo sono necessarie sorgenti di luce quantistica affidabili e ad alta produzione di fotoni e i Quantum Dot sono molto promettenti in questo senso nonostante abbiano ancora diverse irregolarità nella loro fabbricazione. A tal proposito si è compreso che la diversità delle sorgenti di luce quantistica non è un ostacolo insormontabile per il loro utilizzo nelle reti quantistiche e l’utilizzo di Quantum Dot nei nodi di quantum network non solo è possibile ma anzi rappresenta già una soluzione molto matura per la comunicazione quantistica di domani.

Riferimenti: Quantum teleportation with dissimilar quantum dots over a hybrid quantum network - Alessandro Laneve, Giuseppe Ronco, Mattia Beccaceci, Paolo Barigelli, Francesco Salusti, Nicolas Claro-Rodriguez, Giorgio De Pascalis, Alessia Suprano, Leone Chiaudano, Eva Schöll, Lukas Hanschke, Tobias M. Krieger, Quirin Buchinger, Saimon F. Covre da Silva, Julia Neuwirth, Sandra Stroj, Sven Höfling, Tobias Huber-Loyola, Mario A. Usuga Castaneda, Gonzalo Carvacho, Nicolò Spagnolo, Michele B. Rota, Francesco Basso Basset, Armando Rastelli, Fabio Sciarrino, Klaus D. Jöns & Rinaldo Trotta, Nature Communications volume 16, Article number: 10028 (2025) – DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65911-9

Info

Alessandro Laneve - Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma

alessandro.laneve@uniroma1.it