Anna scrive un messaggio a Bill usando lo spin di un elettrone che viaggia a velocità vicine a quelle della luce. Se Anna e Bill usano la solita procedura per leggere lo spin (nella foto come l’alfabeto latino standard), Bill non è in grado di decodificare il messaggio e la comunicazione fallisce. Se usano una nuova definizione dello spin dell’elettrone (in foto – l’alfabeto modificato) il messaggio viene letto correttamente e sono in grado di usare l’elettrone per comunicare. Credito: Flaminia Giacomini

Le informazioni quantistiche si basano sulla possibilità di scrivere messaggi in una particella quantistica e di leggerli in modo affidabile. Se, tuttavia, la particella è relativistica, nel senso che si muove con velocità vicine a quella della luce, è impossibile per le tecniche standard decodificare il messaggio in modo inequivocabile, e quindi la comunicazione fallisce.

Grazie all’introduzione di un nuovo metodo, i ricercatori dell’Università di Vienna e dell’Accademia delle scienze austriaca hanno sviluppato una decodifica affidabile di messaggi quantici trasmessi a velocità estremamente elevate. I risultati, pubblicati sulla rivista Physical Review Letters , aprono nuove possibilità di applicazioni tecnologiche nell’informazione quantistica e nella comunicazione quantistica.

Immagina la seguente situazione: Anna e Bill vogliono scambiare un messaggio usando una proprietà di una particella quantistica , diciamo lo spin di un elettrone, che è una forma intrinseca della rotazione delle particelle. Bill ha bisogno del messaggio di Anna il più rapidamente possibile, quindi Anna deve inviare l’elettrone alla massima velocità, molto vicino alla velocità della luce. Dato che Anna ha localizzato l’elettrone nel suo laboratorio, il principio di incertezza di Heisenberg proibisce che la velocità dell’elettrone venga definita con precisione arbitraria. Quando l’elettrone viaggia a velocità estremamente elevata, l’interazione tra relatività speciale e fisica quantistica fa sì che lo spin e la velocità dell’elettrone si impiglino. A causa di questa correlazione, che è più forte di quanto sia possibile classicamente, Bill non è in grado di leggere lo spin con il metodo standard. 
Anna e Bill possono migliorare la loro strategia di comunicazione?

Un gruppo di ricercatori guidato da Časlav Brukner presso l’Università di Vienna e l’Istituto per l’ottica e le informazioni quantistiche (IQOQI-Vienna) dell’Accademia delle scienze austriaca ha introdotto una nuova alternativa all’alfabeto standard usato da Anna e Bill. La loro tecnica garantisce che il messaggio, scritto da Anna e letto da Bill, possa essere decodificato senza ambiguità, anche quando la particella si comporta secondo la meccanica quantistica, a causa del principio di incertezza di Heisenberg e della relatività speciale , a causa della sua altissima velocità.

Il nuovo metodo presentato nella rivista Physical Review Letters offre una nuova definizione della rotazione delle particelle quantistiche che si muovono molto rapidamente. Pertanto, modifica sia il modo in cui Anna scrive il messaggio sia il modo in cui Bill lo legge. La chiave di questa tecnica è una “traduzione” del modo in cui il messaggio verrebbe scritto e letto tra l’alfabeto standard, usato quando l’elettrone è a riposo, e il nuovo alfabeto, usato quando l’elettrone viaggia molto velocemente.

Questi risultati indicano che questa procedura di traduzione potrebbe aprirsi a nuove applicazioni nell’informazione quantistica relativistica“, afferma Flaminia Giacomini, autrice principale dell’articolo. Ad esempio, questa tecnica potrebbe essere utile nella comunicazione quantistica basata su satellite in cui una particella che trasporta un messaggio deve viaggiare rapidamente tra due punti lontani.

Fonte: phys.org