Una scoperta nel campo della computazione quantistica potrebbe cambiare radicalmente le regole del gioco. Un team di scienziati giapponesi, delle università di Kyoto e Hiroshima, è riuscito a risolvere un problema che resisteva da oltre due decenni: la misurazione diretta dei cosiddetti stati W, una forma particolarmente sfuggente di entanglement tra fotoni. E le implicazioni per il teletrasporto quantistico, le reti di comunicazione e i computer del futuro sono enormi.

Per capire perché questa notizia conta davvero, bisogna fare un passo indietro. L’entanglement quantistico è quel fenomeno bizzarro per cui due o più particelle risultano legate in modo così profondo che non possono essere descritte separatamente. È un concetto che faceva impazzire persino Einstein, eppure oggi rappresenta il cuore pulsante di quasi tutte le tecnologie quantistiche su cui la comunità scientifica sta investendo.

Il punto è che creare stati entangled non basta. Serve anche saperli leggere, identificare con precisione. Fino ad oggi, per un tipo specifico di entanglement (lo stato GHZ) esisteva già un metodo di misurazione efficace. Ma per gli stati W, niente. Nessuno era mai riuscito nemmeno a proporre un protocollo funzionante, figurarsi a dimostrarlo in laboratorio.

Come funziona la nuova misurazione e perché è così importante

Il gruppo guidato da Shigeki Takeuchi ha sfruttato una proprietà matematica degli stati W chiamata simmetria ciclica di spostamento. Partendo da lì, hanno progettato un circuito quantistico fotonico capace di eseguire una trasformazione di Fourier quantistica sugli stati W, indipendentemente dal numero di fotoni coinvolti. In parole più semplici: hanno trovato il modo di trasformare la struttura nascosta di questi stati in un segnale misurabile.

La dimostrazione sperimentale è avvenuta con tre fotoni, utilizzando circuiti ottici estremamente stabili. E qui c’è un dettaglio che non va sottovalutato: il dispositivo ha funzionato per periodi prolungati senza bisogno di aggiustamenti continui. Per chi lavora nel settore, questa stabilità è oro. Le tecnologie quantistiche del futuro non possono dipendere da apparecchiature fragili che richiedono calibrazione costante.

Cosa significa tutto questo per il futuro

Le ricadute pratiche sono molteplici. Questa capacità di leggere gli stati W apre la strada a protocolli più avanzati di comunicazione quantistica, al trasferimento di stati entangled tra più fotoni e a nuovi approcci alla computazione basata su misurazioni. Il teletrasporto quantistico, che consiste nel trasferire informazione quantistica (non materia, attenzione) da un punto all’altro, potrebbe beneficiarne in modo significativo.

Nel frattempo, il campo non sta fermo. Nel 2026 altri gruppi di ricerca hanno testato reti quantistiche a tre nodi su fibre ottiche già esistenti a New York, mentre chip fotonici integrati capaci di generare e misurare entanglement complesso su un singolo dispositivo sono diventati realtà. Tutti progressi che confermano quanto sia cruciale padroneggiare la misurazione di stati entangled complessi.

Il team giapponese ora punta a estendere il metodo a sistemi con più fotoni e a sviluppare circuiti fotonici su chip. Se ci riusciranno, la lettura di stati quantistici complessi diventerà più veloce, compatta e praticabile. Per un settore che sta cercando di uscire dai laboratori ed entrare nel mondo reale, sarebbe un passaggio tutt’altro che banale.

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Il teletrasporto quantistico non è più solo roba da film di fantascienza. Un team internazionale di ricercatori, con un ruolo centrale dell’Università di Paderborn, è riuscito per la prima volta a trasferire lo stato di polarizzazione di un fotone da un quantum dot a un altro, fisicamente separato, attraverso un collegamento ottico in aria aperta lungo 270 metri. Tradotto in parole semplici: le proprietà di un fotone sono state “copiate” su un altro fotone distante, senza che nessun segnale fisico abbia percorso quella distanza nel modo tradizionale. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications, rappresentano un passo concreto verso la costruzione di una rete internet quantistica sicura e funzionale.

La cosa notevole è che questa impresa arriva dopo circa dieci anni di lavoro congiunto tra il gruppo del professor Klaus Jöns a Paderborn e quello del professor Rinaldo Trotta alla Sapienza di Roma. Non si tratta di un colpo di fortuna, ma del frutto di una strategia a lungo termine che ha combinato scienza dei materiali, nanofabbricazione e tecnologia ottica quantistica. In passato, esperimenti simili avevano sempre utilizzato fotoni provenienti dalla stessa sorgente. Qui, per la prima volta, si è riusciti a far funzionare il teletrasporto quantistico tra due emettitori indipendenti: un dettaglio che cambia tutto, perché è esattamente quello che serve per costruire dei “ripetitori quantistici” tra nodi diversi di una futura rete.

Come funziona e perché conta davvero

L’esperimento si è svolto presso la Sapienza di Roma, collegando due edifici separati con un link ottico di 270 metri all’aperto. Il sistema ha sfruttato sincronizzazione assistita da GPS, rilevatori di singoli fotoni ultrarapidi e metodi di stabilizzazione per contrastare la turbolenza atmosferica. La fedeltà dello stato teletrasportato ha raggiunto l’82%, superando il limite classico di oltre 10 deviazioni standard. Numeri che, per chi lavora nel settore, significano che il processo funziona in modo affidabile e non per caso.

Ma perché tutto questo è così importante? La risposta sta nell’entanglement, quel fenomeno per cui due particelle quantistiche restano legate tra loro indipendentemente dalla distanza. Sfruttare l’entanglement tra fotoni generati da sorgenti diverse apre la strada alla comunicazione quantistica su larga scala, con livelli di sicurezza impossibili da ottenere con le tecnologie attuali. È la base su cui poggia l’idea stessa di un internet quantistico.

Il prossimo obiettivo e il contributo europeo

Il traguardo raggiunto non è un punto di arrivo. Il prossimo passo sarà dimostrare il cosiddetto “entanglement swapping” tra due quantum dot, creando così il primo vero ripetitore quantistico basato su sorgenti deterministiche di coppie di fotoni entangled. Le sorgenti deterministiche sono capaci di produrre singoli fotoni praticamente su richiesta, una sfida tecnica enorme che i ricercatori stanno affrontando da anni.

Vale la pena sottolineare che questo risultato è stato possibile grazie a una collaborazione europea ampia: i quantum dot sono stati ingegnerizzati alla Johannes Kepler University di Linz, la nanofabbricazione dei risonatori è avvenuta all’Università di Würzburg, e gli esperimenti di teletrasporto si sono svolti a Roma. Quasi in contemporanea, un altro gruppo tra Stoccarda e Saarbrücken ha ottenuto risultati simili usando la conversione di frequenza, segno che la ricerca quantistica europea sta accelerando in modo significativo. La rete internet quantistica, insomma, non è più un concetto astratto. Sta prendendo forma, un fotone alla volta.

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