Un altro tema che era stato votato nel sondaggio di qualche tempo fa è il "teletrasporto quantistico".

Parlando di "teletrasporto", a chiunque viene in mente l'immagine visiva di un oggetto/persona che si "smaterializza" da una parte per "rimaterializzarsi" da un'altra. L'abbiamo visto tutti tante volte in film, telefilm, fumetti, etc.

Credo però sia ovvio a chiunque che questa fantasia non sta in piedi per molti motivi. L'intuito ci porta a immaginare che qualcosa di "materiale" venga trasferito durante il teletrasporto. Anche il verbo usato (il famoso "Beam me up, Scotty!" di Star Trek) è un indizio chiaro che il teletrasporto è immaginato, prima di tutto, come "trasporto di qualcosa". Ma per trasportare qualcosa c'è bisogno prima di tutto di un "mezzo di trasporto". E ancora: che cosa è che viene trasportato nel tele-trasporto? Particelle? Etere? Ectoplasma? E il trasporto non può essere istantaneo. Servirebbe del tempo. E anche energia.

Insomma, non può funzionare. Punto. Però...

Si! Può! Fare!

Nel 1993, viene pubblicato un articolo dal titolo "Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels". Diventa immediatamente un classico: un articolo rigoroso, profondo ma semplice allo stesso tempo, con implicazioni non solo per la scienza fondamentale ma anche (e, col senno di poi, direi soprattutto) per la tecnologia. Ed è anche uno dei primi articoli di fisica teorica a fare esplicitamente l'occhiolino ai nerd della fantascienza di tutto il mondo... E, in effetti, è considerato uno degli articoli di fisica più importanti degli ultimi 50 anni.

Ma se il teletrasporto non può funzionare, che cosa sta succedendo? Qui a essere teletrasportato non è né un oggetto né, tantomeno, una persona; e nemmeno una particella, ma "solo" l'informazione riguardo il suo "stato". E che cos'è uno stato? Domanda da un miliardo di dollari! Mi limito a dire che c'è chi si accapiglia ancora, e con foga, su questa definizione. Dal mio punto di vista, lo "stato" può essere pensato semplicemente come una funzione matematica che ci permette di fare previsioni (calcolare valori di aspettazione) logicamente consistenti per qualunque proprietà fisica del sistema.

Fine-print

Quindi: il teletrasporto quantistico è il protocollo che permette di trasferire uno stato quantistico qualunque da una particella in un posto a una particella in un altro posto. Alcune precisazioni importanti:

1. lo stesso protocollo, lo stesso "apparecchio", funziona per qualunque stato, proprio come il comando di terminale "copy" copia qualunque file da una cartella a un'altra;
2. il trasferimento non è istantaneo, ma richiede il trasferimento di bit (classici!) dal trasmettitore al ricevente: no grandparent was harmed in the process;
3. il trasmettitore e il ricevente devono prima aver aperto un "canale privato" affinché il protocollo possa avvenire; il teletrasporto non può avvenire in un posto scelto all'ultimo minuto.

Il fatto che un canale privato debba essere aperto in anticipo credo suoni familiare a chi si interessa di computer e sicurezza digitale. Occhio però che il canale da aprire è un canale quantistico, non classico. I bit che devono essere inviati per completare il teletrasporto sono completamente random, non contengono alcuna informazione riguardo lo stato che deve essere teletrasportato. Quelli quindi possono essere comunicati pubblicamente. Quello di cui il trasmettitore e il ricevente hanno bisogno è uno "stato entangled", quello che nel titolo dell'articolo viene chiamato "EPR channel".

Esiste anche un teletrasporto classico!

Spiegare che cos'è l'entanglement però esula da ciò che intendo raccontare in questo post. Mi riservo di parlarne più avanti. Quello che mi sembra più interessante e che voglio dire qui è che: il "teletrasporto" non è necessariamente qualcosa che esiste solo in meccanica quantistica. Esiste un teletrasporto interamente classico!

È il protocollo crittografico che viene chiamato "One-Time Pad" o "Cifrario di Vernam". Guardiamo che cosa succede in quel caso: due agenti "aprono" un canale privato, condividendo una grossa quantità di bit casuali, la "chiave". Quando poi un agente deve comunicare all'altro un messaggio segreto, quello che fa è prendere il messaggio originale (espresso in bit) e sommare a ciascuno di questi bit i bit random condivisi prima. Il messaggio risultante appare quindi completamente random a chiunque lo intercetti senza avere accesso alla chiave condivisa in anticipo. Il messaggio originale è stato quindi "teletrasportato" da un agente a un altro inviando solo bit perfettamente random.

Delusi? In effetti, l'analogia è perfetta. Avrebbero potuto benissimo usare il nome "quantum one-time pad" invece di "quantum teleportation" ed evitare così un sacco di pubblicità. (Ma perché, poi?)

Ora il teletrasporto quantistico è considerato un protocollo di fondamentale importanza per le comunicazioni quantistiche. Adesso ci sono satelliti che (questi sì fanno "beam!") sparano un paio di fotoni entangled in due posti diversi sul globo, i quali possono poi usarli per trasferire stati quantistici e/o dati classici in totale sicurezza. Il teletrasporto quantistico però ha applicazioni anche nei computer quantistici, come mezzo di comunicazione tra diverse parti del circuito, incluse parti che usano tecnologie diverse, come ottica quantistica o qubit superconduttivi.

Per oggi credo possa bastare. Fatemi sapere se ci sono punti oscuri o altri che vorreste approfondire. Tempo permettendo, cercherò di rispondere. Trovo che fare divulgazione è un ottimo esercizio. Se poi ciò che scrivo risulta interessante anche ad altri è molto incoraggiante.

Alla prossima!

@fisica
@scienze

#fisica
#fisicaquantistica
#quantumquia

La prima mappa realizzata con la geometria quantistica segreta di un solido

Di recente, i fisici hanno mappato la forma nascosta alla base dei comportamenti quantistici di un cristallo, utilizzando un nuovo metodo destinato a diffondersi ovunque.

quantamagazine.org/first-map-m…

@fisica

First Map Made of a Solid’s Secret Quantum Geometry | Quanta Magazine

Physicists recently mapped the hidden shape that underlies the quantum behaviors of a crystal, using a new method that’s expected to become ubiquitous.

^{Shalma Wegsman (Quanta Magazine)}

Buchi neri come super collisori di particelle

Nell’ambiente che circonda un buco nero supermassiccio in rotazione possono prodursi collisioni fra particelle in grado di arrivare a energie fino a 100 teraelettronvolt, stima uno studio appena pubblicato su Physical Review Letters, eguagliando dunque le prestazioni promesse da progetti come l’Fcc, il Future Circular Collider

media.inaf.it/2025/06/04/black…

@fisica

Buchi neri come super collisori di particelle

^{MEDIA INAF}