PROCESSO DI TELETRASPORTO QUANTISTICO

In figura e' rappresentato schematicamente un processo di Teletrasporto Quantistico, la cui descrizione puo' essere sintetizzata nel modo seguente:

Produzione di una coppia di fotoni A e B correlati o entangled mediante opportuno dispositivo.
Invio dei fotoni entangled A e B rispettivamente alla stazione trasmittente T ed alla stazione ricevente R.
Invio del fotone C, di cui si vuole teletrasportare lo stato di polarizzazione, alla stazione trasmittente T.
Interazione, alla postazione di partenza T, tra i fotoni A e C e misura sul sistema composto.
Simultaneo cambiamento, nel momento della misura, dello stato di polarizzazione del fotone B, alla stazione R.
Comunicazione alla stazione R, con mezzi classici (es: telefonata), del risultato della misura effettuata sul sistema composto “AC”. (La misura puo' dare uno tra quattro possibili risultati).
Modifica dello stato del fotone B in base all'informazione comunicata.
Risultato: Teletrasporto quantistico del fotone C, ossia “ottenimento di un fotone con lo stesso stato di polarizzaione del fotone C senza effettuare alcuna misura su du esso”.

IL PROCESSO DI TELETRASPORTO QUANTISTICO PIU' IN DETTAGLIO

Amanda e Bert intendono teletrasportare il fotone C. Amanda si trova nella postazione T e Bert e' nella postazione R.

All'inizio del processo ciascuno riceve un fotone di una coppia entangled: Amanda riceve il fotone A e Bert riceve il fotone B. Invece di effettuare una misura sui fotoni, sia Amanda che Bert conservano il proprio fotone senza disturbarne lo stato entangled.

Amanda riceve un terzo fotone C che intende teletrasportare a Bert. In pratica Amanda, senza conoscere lo stato di polarizzazione del fotone C, vuole che Bert abbia un fotone con la stessa polarizzazione di C. Si badi che Amanda non puo' semplicemente misurare lo stato di polarizzazione del fotone C e comunicare il risultato a Bert poiche', per il Principio di Indeterminazione, la misura non riprodurrebbe con esattezza lo stato originario del fotone.

Per teletrasportare il fotone C, Amanda fa interagire A e C ed esegue una misura sul sistema composto, senza determinare, in termini assoluti, le singole polarizzazioni dei due fotoni. La misura puo' dare uno tra 4 possibili risultati. In termini tecnici, una misurazione congiunta di questo tipo e' chiamata misurazione dello stato di Bell ed ha un effetto particolare: “induce istantaneamente un cambiamento nel fotone di Bert, correlandolo al risultato della misura effettuata da Amanda ed allo stato che il fotone C aveva originariamente”.

Per completare il teletrasporto, Amanda deve inviare a Bert un messaggio con metodi convenzionali (una telefonata o un appunto scritto).

Dopo aver ricevuto questo messaggio, Bert, se necessario, puo' trasformare il suo fotone B in modo da renderlo una replica esatta del fotone C originale. La trasformazione che Bert deve applicare dipende dal risultato della misurazione di Amanda.

Quale dei quattro possibili risultati ottenga Amanda e' frutto del caso. Bert dunque non sa come modificare il suo fotone finche' non riceve da Amanda il risultato della misurazione. Dopo questa trasformazione il fotone di Bert e' nello stesso stato del fotone C.

Cio' che viene teletrasportato quindi non e' il fotone, ma il suo stato di polarizzazione o, piu' in generale, il suo stato quantico. Tuttavia, poiche' lo stato quantico e' una caratteristica peculiare di una particella, teletrasportare lo stato quantico e' come teletrasportare la particella stessa.

E' importante osservare che la misura che esegue Amanda accoppia il fotone A al fotone C. Il fotone C perde cosi' tutta la "memoria" del suo stato originario. Dunque, lo stato originario del fotone C, dopo la misurazione, scompare dal luogo in cui si trova Amanda. Il risultato della misura di Amanda, essendo del tutto casuale, non dice nulla sullo stato quantico. In questo modo il processo aggira il Principio di Indeterminazione di Heisenberg che non consente la completa determinazione dello stato di una particella, ma permette il teletrasporto dello stato, purche' non si cerchi di conoscere quale esso sia.

Il trasferimento dello stato del fotone C e' avvenuto senza che né Amanda né Bert sapessero nulla di esso. Inoltre, l'informazione quantistica teletrasportata non viaggia materialmente. Cio' che viene trasferito, in realta', e' solo il messaggio sul risultato della misurazione di Amanda che dice a Bert come modificare il suo fotone, senza alcuna indicazione sullo stato del fotone C. In uno dei quattro casi, la misura effettuata da Amanda e' fortunata ed il fotone di Bert diventa immediatamente una replica esatta del fotone originale C. In questo caso puo' sembrare che l'informazione viaggi istantaneamente da Amanda a Bert, infrangendo il limite imposto da Einstein. In verita', Bert non ha alcun modo di sapere che il suo fotone e' gia' una replica dell'originale. Solo quando egli apprende il risultato della misurazione dello stato di Bell, effettuata da Amanda ed a lui trasmessa per via classica, egli puo' sfruttare l'informazione nello stato quantico teletrasportato.

CONCLUSIONI

Siamo ancora lontani dal Teletrasporto di un oggetto di grandi dimensioni. I problemi fondamentali sono due:

occorrono due oggetti dello stesso tipo accoppiati;
l'oggetto da teletrasportare e la coppia devono essere sufficientemente isolati dall'ambiente. Se una qualunque informazione viene scambiata con l'ambiente, mediante un'interazione fortuita, lo stato quantico dell'oggetto si degrada in un processo chiamato “decoerenza”.

E' difficile immaginare come si possa raggiungere un assoluto isolamento per un corpo di dimensioni macroscopiche, per non parlare di un essere vivente che respira aria e scambia calore con l'esterno. Ma chi puo' prevedere gli sviluppi futuri?

La tecnologia per teletrasportare gli stati di singoli atomi e' oggi alla nostra portata, come ha dimostrato il gruppo guidato da Serge Haroche dell'Ecole Normale Supèrieure di Parigi, realizzando l'accoppiamento di atomi.

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