Un prototipo a stella per la futura rete quantistica: rivoluzione tra comunicazione e crittografia aprendo inesplorati scenari
La rete quantistica è una stella e il futuro della comunicazione potrebbe essere più vicino di quanto si pensi. Dodici giovanissimi ricercatori, cinque laboratori da coordinare e una rete da formare. Così l’esperienza interdisciplinare del gruppo del Quantum Information Lab della Sapienza, guidato da Fabio Sciarrino e composto da: un laureando magistrale, sei studenti di dottorato, un tecnico elettronico, un assegnista e un ricercatore, con il supporto del fisico brasiliano Rafael Chaves.
Fabio Sciarrino è professore ordinario presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma La Sapienza e Senior Research Fellow presso la International School for Advanced Studies Sapienza, SSAS. La sua esperienza principale è l’ottica quantistica sperimentale, il calcolo e l’informazione quantistica e le basi della meccanica quantistica. Negli ultimi anni la sua attività di ricerca si è concentrata sull’implementazione di protocolli di informazione quantistica tramite circuiti fotonici integrati, con particolare interesse per il Boson Sampling, un modello computazionale non universale con caratteristiche promettenti per raggiungere il regime di supremazia quantistica. Il team ha portato alla realizzazione di una rete quantistica formata da cinque diversi nodi, la quale ha permesso di mostrare correlazioni quantistiche condivise da più di tre parti distinte, il massimo mai raggiunto finora. Le tecnologie basate sulle leggi della meccanica quantistica sono sempre più diffuse e i potenziali vantaggi legati al loro utilizzo sono ormai riconosciuti in tutti i campi, dalla comunicazione alla protezione dei dati.
“Ciononostante – commenta Gonzalo Carvacho, assegnista senior del QuantumLab – test di non località multipartita sono stati limitati ai casi più semplici. Qui andiamo oltre, verso la realizzazione di reti quantistiche più grandi”. Nello studio pubblicato su Nature Communications il team ha scelto infatti una configurazione “a stella”, in cui si ha un nodo centrale che condivide uno stato quantistico correlato con quattro nodi periferici, tutti collocati in laboratori diversi, muniti di una sorgente di stati quantistici e da una stazione di misura. Qui ogni nodo genera uno stato formato da due sottosistemi correlati e, attraverso una fibra lunga trenta metri ne manda uno a quello centrale. A questo punto sia il nodo centrale sia quelli periferici effettuano misure sul loro sistema, sincronizzandosi attraverso un sofisticato software realizzato ad hoc per l’esperimento. “Infine – ha spiegato Davide Poderini, studente di dottorato – abbiamo verificato che tra le sorgenti degli stati quantistici non ci fosse una comunicazione “classica”, bensì solo correlazioni quantistiche. Usando dei dispositivi totalmente diversi e slegati nei vari laboratori possiamo assicurare, con un elevato livello di confidenza, la loro indipendenza”.
“Questo risultato – ha aggiunto Iris Agresti, da poco assegnista junior del QuantumLab – è un passo avanti significativo verso la realizzazione di una rete quantistica di grandi dimensioni, perché offre un prototipo scalabile, che va oltre gli scenari più semplici realizzati finora”. I risultati dell’esperimento, per sua natura versatile, costituiscono un elemento chiave per nuovi studi su topologie diverse di rete capaci di generare correlazioni non classiche di vari tipi, aprendo scenari inesplorati. Inoltre, l’apparato progettato potrà anche essere utilizzato per la realizzazione di nuovi protocolli di comunicazione e crittografia. “Il prossimo passo – conclude Fabio Sciarrino – sarà combinare le aree di esperienza del gruppo nella fotonica integrata e nella realizzazione di stati quantistici condivisi da più parti, per nuove applicazioni che si trovino all’intersezione tra la comunicazione e la computazione quantistica”.
Per ulteriori informazioni: link al sito Quantumlab.
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