Fibre ottiche e comunicazione quantistica

Le reti quantistiche, basate sulla trasmissione di fotoni, rappresentano il futuro del networking. Recenti scoperte stanno dimostrando l’utilizzo non problematico delle fibre ottiche come mezzo trasmissivo.

I laboratori di ricerca di tutto il mondo sono al lavoro sulla comunicazione quantistica. Una rete quantistica si basa sulla trasmissione di singoli fotoni che si configurano come bit quantistici “mobili”, e la probabilità che una di queste particelle di luce arrivi al ricevitore generalmente diminuisce all’aumentare della distanza in cui il mezzo trasmissivo fibra ottica si sviluppa.

Per trasmissione dati su distanze a partire dai 10 fino ai 100 Km o più, la tecnologia si basa su amplificatori di segnale in cui il fenomeno quantistico dell’entanglement, o correlazione,
tra due fotoni ha un ruolo centrale. Inoltre i fotoni devono avere una certa lunghezza d’onda: ciò significa che le stazioni intermedie devono poter elaborare il segnale. Questi ripetitori quantistici differiscono dagli amplificatori di segnale utilizzati nella tecnologia di comunicazione classica, in quanto devono basarsi su effetti quantistici.

La scoperta

I fisici delle università di Stoccarda e Saarland, in Germania, sono riusciti a dimostrare che è possibile manipolare singole particelle di luce e continuare a mantenerne la natura quantomeccanica: si ritiene che questa scoperta rappresenti uno straordinario passo in avanti nel trasferimento di informazioni con l’ausilio della fibra ottica tramite una rete quantistica completa.

Come punto di partenza sono state utilizzate nanostrutture di semiconduttori come emettitori in grado di emettere fotoni a una frequenza molto elevata, caratteristica fondamentale per una veloce trasmissione dei dati. Ma le comuni nanostrutture di solito emettono particelle di luce la cui lunghezza d’onda non è adatta alla trasmissione con fibre di vetro e per ovviare a questo inconveniente sono stati realizzati convertitori di frequenza quantistici che contengono degli speciali cristalli: si è verificato che se i fotoni sono sovrapposti a una forte luce laser, la loro lunghezza d’onda può essere manipolata, da cui la possibilità di una loro trasmissione su fibra ottica per distanze anche di 10-100 Km. Senza questa preparazione preliminare, gli amplificatori di segnale dovrebbero essere installati a intervalli di 1 Km, il che aumenterebbe enormemente i costi di una rete quantistica.