An optical-fibre-integrated buffer for packet-switched quantum networks
Questo articolo dimostra un buffer pratico, completamente integrato in fibra, per reti quantistiche a commutazione di pacchetti che utilizza un modulatore di fase in fibra polarizzata a ultra-bassa perdita per memorizzare e recuperare payload di qubit codificati in polarizzazione fino a 47 s con un tasso di errore dell'1,8%, consentendo un'integrazione perfetta con l'attuale infrastruttura per telecomunicazioni.
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Immaginate l'internet come una città enorme e frenetica dove i dati sono il traffico. In questo momento, la nostra città digitale viaggia su auto classiche: frammenti di informazione che sono o 0 o 1. Ma gli scienziati stanno sognando una "Internet Quantistica", un'autostrada futuristica dove le auto sono fatte di luce stessa, trasportando segreti che sono fondamentalmente indistruttibili e capaci di risolvere problemi che nessun computer attuale potrebbe mai affrontare. Per far funzionare questa città quantistica, queste auto-di-luce (chiamate fotoni) devono viaggiare tra gli edifici (nodi di rete) senza schiantarsi o perdere la loro speciale "magia" quantistica.
La parte complicata è che in una rete trafficata, le auto spesso arrivano a un incrocio esattamente nello stesso momento. Nella nostra internet normale, un semaforo o una sala d'attesa (un buffer) può trattenere un'auto per una frazione di secondo mentre il computer capisce dove deve andare. Ma nel mondo quantistico, non puoi semplicemente "guardare" un'auto quantistica per vedere dove sta andando, perché l'atto di guardare distrugge la sua magia. Hai bisogno di una sala d'attesa che possa contenere l'auto invisibilmente, leggere l'indirizzo all'esterno e poi lasciare andare l'auto esattamente quando necessario, il tutto senza toccare il prezioso carico all'interno. Per molto tempo, costruire una tale sala d'attesa è stato come cercare di parcheggiare un fantasma in una scatola di cartone: o cadeva a pezzi, o richiedeva temperature gelide, o era troppo ingombrante per adattarsi ai cavi in fibra ottica che già attraversano il nostro pianeta.
È qui che un nuovo team di ricercatori interviene con una soluzione astuta. Hanno costruito una "sala d'attesa quantistica" che è completamente integrata nelle stesse fibre di vetro che trasportano la nostra internet oggi. Pensatela come a una pista invisibile e magica fatta di vetro. Quando un pacchetto di informazione quantistica arriva, non si ferma; invece, viene lanciato in un loop, girando intorno e intorno come un criceto su una ruota. La velocità del criceto è controllata da uno speciale interruttore fatto da un pezzo di vetro che è stato "polato" (un modo elegante per dire che è stato trattato con elettricità per cambiarne le proprietà). Questo interruttore è incredibilmente veloce e delicato; può leggere l'indirizzo sull'esterno del pacchetto (l'intestazione) e decidere esattamente quante volte il pacchetto debba girare intorno alla pista prima di essere rilasciato.
I ricercatori hanno dimostrato che questo sistema può trattenere un pacchetto di informazione quantistica per fino a 47 microsecondi. Anche se questo sembra un battito di ciglia, nel mondo del networking quantistico, è un'eternità: tempo sufficiente per risolvere ingorghi stradali e instradare i dati verso la destinazione corretta. Lo hanno testato inviando pacchetti di luce codificati con diversi colori di polarizzazione (come indossare un cappello rosso o blu) e hanno mostrato che, dopo aver girato nel loop, la luce manteneva perfettamente il suo colore, con un tasso di errore molto basso, solo dell'1,8%.
Ciò che rende questo traguardo così eccitante è che non richiede enormi frigoriferi gelidi o specchi complessi che sporgono nell'aria. Tutto avviene all'interno dei cavi in fibra ottica, utilizzando un dispositivo che è molto più efficiente degli switch standard usati oggi nei laboratori. Il team ha dimostrato che poteva persino leggere l'"indirizzo" del pacchetto mentre questo stava girando, decidendo al volo quanto tempo tenerlo in attesa. Questo prova che possiamo costruire un sistema di controllo del traffico pratico e ad alta velocità per la futura Internet Quantistica usando la stessa infrastruttura che usiamo per la nostra internet regolare oggi, aprendo la strada a una rete che non sia solo più veloce, ma anche fondamentalmente sicura.
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