Forte promozione dell’informatica quantistica e della crittografia

L’entanglement quantistico funziona meglio a livello di circuiti superconduttori di diverse centinaia di micrometri e funzionanti a frequenze di microonde: noti come oggetti quantistici macroscopici, possono essere utilizzati per realizzare computer quantistici.

Una nuova ricerca condotta dal Politecnico federale di Zurigo (ETH Zurigo) conferma che l’entanglement quantistico funziona meglio nei circuiti elettrici macroscopici, e quindi i circuiti superconduttori possono entangle su grandi distanze.

Questa scoperta apre potenziali applicazioni nel calcolo quantistico distribuito e nella crittografia quantistica, evidenziano gli autori di questo articolo in un articolo pubblicato sulla rivista Nature.

Lui Entanglement quantistico È una strana capacità delle particelle elementari di mantenere una connessione inspiegabile, anche se sono separate da centinaia di chilometri.

Polemica iniziale

L’entanglement quantistico, descritto come terrificante da Einstein, era originariamente un argomento controverso in fisica perché invalida il cosiddetto “principio di status”, secondo il quale qualcosa che accade in un posto non dovrebbe influenzare un altro oggetto in un altro.

Nel 1964, il fisico irlandese Giovanni Bell Ha formulato un metateorema per dimostrare o confutare che l’entanglement quantistico era o non era una previsione valida.

Negli anni ’70 sono stati condotti i primi esperimenti che ne hanno confermato pienamente la validità, anche se è stato solo lo scorso anno (2022) che l’entanglement quantistico è stato insignito del Premio Nobel per la fisica.

Assegnato (in modo comune) all’eminente fisico francese Aspetto Alanper verificare definitivamente che due particelle luminose “aggrovigliate” si influenzano reciprocamente, istantaneamente, più e più volte, anche se sono molto distanti.

Salta nei superconduttori

La nuova ricerca è ora andata ancora oltre nell’esplorazione dell’entanglement quantistico, scoprendolo per la prima volta Funziona alla grande nei circuiti superconduttori.

Questo dettaglio è importante perché conferma che i circuiti superconduttori operano secondo le leggi della meccanica quantistica, anche se sono molto più grandi degli oggetti quantistici microscopici come i fotoni o gli ioni con i quali è stato precedentemente dimostrato l’entanglement.

I circuiti elettronici, delle dimensioni di diverse centinaia di micrometri, sono realizzati con materiali superconduttori e funzionano a frequenze di microonde: sono noti come oggetti quantistici macroscopici.

In questo nuovo lavoro, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che gli oggetti quantomeccanici distanziati possono essere distanziati più fortemente connesso tra loro più di quanto sia possibile nei sistemi convenzionali.

Inoltre, forniscono un’ulteriore conferma della meccanica quantistica (in linea con quanto raggiunto da Aspect et al.), oltre a mostrare che l’entanglement può essere utilizzato nei superconduttori e nei computer quantistici costruiti con essi.

zero Assoluto

L’esperimento a sostegno di queste possibilità era complesso: doveva essere condotto in un vuoto vicino allo zero assoluto e richiedeva 1,3 tonnellate di rame e 14.000 viti.

È stato in grado di dimostrare che la distanza più breve per implementare con successo l’entanglement quantistico tra superconduttori è di circa 33 metri, poiché una particella di luce impiega circa 110 nanosecondi per percorrere quella distanza nel vuoto. Sono alcuni nanosecondi in più rispetto a quanto impiegato dai ricercatori per eseguire l’esperimento.

La procedura è la seguente: prima dell’inizio di ogni misurazione, un fotone a microonde viaggia da uno dei due circuiti superconduttori all’altro in modo che i due circuiti diventino entangled.

Poi Generatori di numeri casuali Decidono quali misurazioni vengono effettuate sui due circuiti come parte del test. Quindi vengono confrontati i risultati della misurazione su entrambi i lati.

Ampio intreccio

Dopo aver valutato più di un milione di misurazioni, i ricercatori hanno mostrato con un tratto Altissima certezza statistica L’entanglement quantistico a questo livello è ottenuto da questa configurazione sperimentale.

Questo li porta a considerare che, in linea di principio, sarebbe possibile costruire strutture che coprissero allo stesso modo distanze maggiori.

Aggiungono che questa metodologia potrebbe essere utilizzata, ad esempio, per fornire computer quantistici superconduttori su grandi distanze.

Questo risultato può essere utilizzato anche in crittografia, ad esempio, per dimostrare che le informazioni vengono effettivamente trasmesse in forma crittografata, spiega. Simon Storrsprimo autore della nuova ricerca, in un comunicato.

riferimento

Violazione delle disuguaglianze di Bell senza scappatoie con circuiti superconduttori. Simon Stortz et al. Natura, Volume 617, pp. 265-270 (2023). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05885-0