Ci stiamo avvicinando all’Internet quantistico, ma che cos’è?

53

Nel febbraio 2020, gli scienziati dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti e dell’Università di Chicago hanno rivelato di aver raggiunto un entanglement quantistico, in cui il comportamento di una coppia di due minuscole particelle si collega, in modo che i loro stati siano identici. una rete ad anello quantico di 83,7 chilometri nei sobborghi di Chicago.

L’impresa dei ricercatori potrebbe essere un passo importante nello sviluppo di una nuova versione di Internet molto più potente nei prossimi decenni. Invece dei bit utilizzati dalla rete odierna, che possono esprimere solo un valore di 0 o 1, la futura Internet quantistica utilizzerà qubit di informazioni quantistiche, che possono assumere un numero infinito di valori. (Un quibit è l’unità di informazione per un computer quantistico; è come un bit in un normale computer).

Ciò darebbe all’Internet quantistico molta più larghezza di banda, il che renderebbe possibile connettere computer quantistici super potenti e altri dispositivi ed eseguire applicazioni massicce che semplicemente non sono possibili con Internet che abbiamo ora.

“Un Internet quantistico sarà la piattaforma di un ecosistema quantistico, in cui computer, reti e sensori scambiano informazioni in un modo fondamentalmente nuovo in cui il rilevamento, la comunicazione e l’informatica lavorano letteralmente insieme come un’unica entità”, spiega David Awschalom via e-mail.

Spiegare l’Internet quantistico

Per cominciare, l’Internet quantistico non è un sostituto dell’Internet normale che abbiamo ora. Piuttosto ne sarebbe un complemento o un ramo. Sarebbe in grado di prendersi cura di alcuni dei problemi che affliggono l’attuale Internet. Ad esempio, un Internet quantistico offrirebbe una protezione molto maggiore da hacker e criminali informatici.

internet
internet

In questo momento, se Alice a New York invia un messaggio a Bob in California su Internet, quel messaggio viaggia più o meno in linea retta da una costa all’altra. Lungo il percorso i segnali che trasmettono il messaggio si degradano; i ripetitori leggono i segnali, amplificano e correggono gli errori.

Ma questo processo consente agli hacker di “irrompere” e intercettare il messaggio

Tuttavia, un messaggio quantistico non avrebbe questo problema. Le reti quantistiche utilizzano particelle di fotoni luminosi per inviare messaggi che non sono vulnerabili agli attacchi informatici.

Invece di crittografare un messaggio utilizzando la complessità matematica, afferma Ray Newell, ricercatore del Los Alamos National Laboratory, faremmo affidamento sulle regole peculiari della fisica quantistica.

Con l’informazione quantistica, “non puoi copiarla o tagliarla a metà, e non puoi nemmeno guardarla senza cambiarla”.

In effetti, il solo tentativo di intercettare un messaggio distrugge il messaggio , come ha osservato la rivista Wired. Ciò consentirebbe una crittografia che sarebbe molto più sicura di qualsiasi cosa disponibile oggi.

“Il modo più semplice per comprendere il concetto di Internet quantistico è attraverso il concetto di teletrasporto quantistico”, afferma in una e-mail Sumeet Khatri , ricercatore presso la Louisiana State University di Baton Rouge.

Lui e i suoi colleghi hanno scritto un articolo sulla fattibilità di un Internet quantistico basato sullo spazio, in cui i satelliti trasmetterebbero continuamente fotoni entangled sulla superficie terrestre, come descrive questo articolo di Technology Reviewì.

“Il teletrasporto quantistico è diverso da ciò che la mente di un non scienziato potrebbe evocare in termini di ciò che vedono nei film di fantascienza”, afferma Khatri.

“Nel teletrasporto quantistico, due persone che vogliono comunicare condividono una coppia di particelle quantistiche che sono entangled. Quindi, attraverso una sequenza di operazioni, il mittente può inviare qualsiasi informazione quantistica al ricevitore (anche se non può essere fatto più velocemente della luce). velocità, un malinteso comune). Questa raccolta di entanglement condiviso tra coppie di persone in tutto il mondo costituisce essenzialmente l’internet quantistica. La questione centrale della ricerca è come distribuire al meglio queste coppie entangled alle persone distribuite in tutto il mondo.”

Una volta che è possibile farlo su larga scala, Internet quantistico sarebbe così sorprendentemente veloce che gli orologi remoti potrebbero essere sincronizzati circa mille volte più precisamente dei migliori orologi atomici disponibili oggi, come spiega la rivista Cosmos.

Ciò renderebbe la navigazione GPS molto più precisa di quanto non lo sia oggi e mapperebbe il campo gravitazionale terrestre in modo così dettagliato che gli scienziati potrebbero individuare l’increspatura delle onde gravitazionali.

Potrebbe anche consentire di teletrasportare fotoni da telescopi a luce visibile distanti in tutta la Terra e collegarli in un gigantesco osservatorio virtuale.

Sarebbe anche possibile per le reti di computer quantistici super potenti in tutto il mondo lavorare insieme e creare simulazioni incredibilmente complesse. Ciò potrebbe consentire ai ricercatori di comprendere meglio il comportamento di molecole e proteine, ad esempio, e di sviluppare e testare nuovi farmaci.

Potrebbe anche aiutare i fisici a risolvere alcuni dei misteri di vecchia data della realtà. “Non abbiamo un quadro completo di come funziona l’universo”, afferma Newell. “Abbiamo un’ottima comprensione di come funziona la meccanica quantistica, ma non un’immagine molto chiara delle implicazioni. L’immagine è sfocata dove la meccanica quantistica si interseca con la nostra esperienza vissuta”.

Sfide della costruzione di Internet quantistica

Ma prima che tutto ciò possa accadere, i ricercatori devono capire come costruire un’internet quantistica e, data la stranezza della meccanica quantistica, non sarà facile. “Nel mondo classico puoi codificare le informazioni e salvarle e non decadono”, dice Peters. “Nel mondo quantistico, si codificano le informazioni e queste iniziano a decadere quasi immediatamente.”

Un altro problema è che, poiché la quantità di energia che corrisponde all’informazione quantistica è davvero bassa, è difficile impedirle di interagire con il mondo esterno. Oggi, “in molti casi, i sistemi quantistici funzionano solo a temperature molto basse”, afferma Newell. “Un’altra alternativa è lavorare nel vuoto e pompare fuori tutta l’aria.”

Per far funzionare una Internet quantistica, dice Newell, avremo bisogno di tutti i tipi di hardware che non sono stati ancora sviluppati. Quindi è difficile dire a questo punto esattamente quando un Internet quantistico sarebbe attivo e funzionante, anche se uno scienziato cinese ha previsto che potrebbe accadere non appena 2030.