Teletrasporto quantistico: il futuro delle comunicazioni sicure e del quantum internet

L’idea di “teletrasportare” qualcosa evoca inevitabilmente immagini da fantascienza: persone che svaniscono, oggetti che attraversano lo spazio in un istante, materia ricostruita altrove atomo per atomo. Parlando di teletrasporto quantistico, tuttavia, la realtà scientifica è molto più sottile e affascinante. Il recente esperimento condotto all’Università di Stoccarda non ha portato allo spostamento della materia, ma di stati quantistici, in particolare informazione quantistica. È un dettaglio cruciale: non stiamo parlando di fantascienza, bensì delle fondamenta del futuro delle comunicazioni, della crittografia e dell’informatica avanzata.

Che cosa significa davvero “teletrasporto” in fisica quantistica

Nel linguaggio comune, teletrasportare implica trasferire un oggetto da un punto A a un punto B. Nella fisica quantistica, invece, il teletrasporto riguarda lo stato di un sistema, non il sistema stesso.

Un fotone non “viaggia” fisicamente: ciò che è trasferito è la sua informazione quantistica, ad esempio la polarizzazione ovvero l’orientamento del suo campo elettrico mentre il fotone si propaga come onda elettromagnetica. Tale informazione è ricostruita su un altro fotone distante, grazie all’entanglement.

L’entanglement è un fenomeno quantistico in cui due (o più) particelle diventano strettamente correlate, al punto che lo stato di una dipende dallo stato dell’altra, anche se sono lontane chilometri.

In pratica, se si misura una particella entangled e si conosce il suo stato, istantaneamente si accerta anche lo stato dell’altra, senza alcun trasferimento fisico di informazioni tra le due. È il principio che rende possibile teletrasportare l’informazione quantistica, perché lo stato misurato su un fotone può essere ricostruito su un altro lontano grazie alla loro correlazione perfetta.

Il risultato finale è che lo stato iniziale scompare nel punto di origine e riappare nel punto di destinazione, senza attraversare lo spazio nel modo classico. Ne abbiamo parlato anche nell’articolo dedicato al passaggio dai bit ai qubit e, quindi, alle implicazioni dei computer quantistici. In un altro articolo parliamo del balzo in avanti atteso nel 2026 con l’utilizzo dei qubit logici.

Entanglement: il vero motore del teletrasporto quantistico

Come visto brevemente in precedenza, l’entanglement è uno dei fenomeni più controintuitivi della fisica moderna. Due particelle entangled non possono essere descritte separatamente: formano un unico sistema, anche se sono fisicamente lontane.

Come abbiamo visto la correlazione è istantanea, ma ci sono anche altre conseguenze fondamentali. Innanzi tutto, l’informazione quantistica non può essere duplicata (teorema di no-cloning) e qualsiasi tentativo di osservazione esterna altera il sistema.

È proprio questa combinazione di proprietà peculiari che rende possibile il teletrasporto quantistico e, allo stesso tempo, offre una sicurezza intrinsecamente superiore a qualsiasi sistema classico.

Perché la ricerca è cruciale per il quantum internet

Il teletrasporto quantistico non è un fine, ma un mezzo. L’obiettivo reale è la costruzione di una rete quantistica distribuita, basata su nodi quantistici (computer o memorie quantistiche); collegamenti fotonici; quantum repeater, ovvero dispositivi che estendono l’entanglement su lunghe distanze.

Senza teletrasporto affidabile, i quantum repeater non possono funzionare. Per questo, la ricerca condotta presso l’Università di Stoccarda rappresenta un tassello essenziale per superare il principale limite delle reti quantistiche: la perdita di coerenza con la distanza.

Gli accademici hanno sottolineato che la novità del loro lavoro non è l’entanglement in sé (già dimostrato da decenni) quanto piuttosto la “qualità dei fotoni” utilizzati. Fotoni diversi, anche di pochissimo, rompono l’interferenza quantistica necessaria per il processo.

Il team tedesco ha superato questo limite utilizzando sorgenti semiconduttrici di nuova generazione e convertitori di frequenza per compensare micro-differenze residue.

Teletrasporto quantistico: sviluppi rivoluzionari per sicurezza, reti e informazione

Il teletrasporto quantistico rappresenta un cambiamento di primo piano per la gestione dell’informazione e la sicurezza delle comunicazioni.

A differenza dei sistemi classici, in cui la sicurezza si basa su algoritmi crittografici e sulla complessità computazionale, nei sistemi quantistici la protezione è intrinsecamente fisica. I principi dell’entanglement e del teorema di no-cloning rendono impossibile copiare o misurare uno stato quantistico senza alterarlo, garantendo che qualsiasi tentativo di intercettazione lasci evidenti tracce nel sistema.

Ciò apre la strada a protocolli di Quantum Key Distribution (QKD) estremamente affidabili, in grado di generare chiavi crittografiche sicure tra due nodi, con la certezza di scongiurare qualsivoglia intrusione.

Dal punto di vista delle reti, il teletrasporto quantistico permette la costruzione di quantum repeater e nodi entangled, che estendono l’entanglement su distanze prima inimmaginabili. Questi dispositivi costituiscono la spina dorsale di un quantum internet distribuito, dove l’informazione non viaggia semplicemente come pacchetto di bit, ma come stato quantistico codificato in fotoni. La rete diventa così resistente alle interferenze, perché la trasmissione di uno stato entangled richiede condizioni di coerenza che non possono essere replicate da agenti esterni.

Gestione dell’informazione e risoluzione di problemi in parallelo

In termini di gestione dell’informazione, il teletrasporto quantistico apre scenari senza precedenti. Sistemi distribuiti di computer quantistici possono sincronizzare simultaneamente calcoli e dati in nodi geograficamente separati, proprio grazie all’entanglement degli stati.

Diventa così possibile esaminare e risolvere problemi complessi in parallelo, condividere informazioni sensibili in tempo reale e garantire coerenza assoluta tra nodi, con un livello di integrità dei dati impossibile da ottenere con sistemi classici. Inoltre, l’integrazione di protocolli quantistici con infrastrutture tradizionali permetterà di creare sistemi ibridi: il quantum internet agirà come strato di protezione crittografica e computazionale avanzata, mentre le reti classiche continueranno a gestire il traffico quotidiano, creando un ecosistema di sicurezza e efficienza senza precedenti.

Perché il teletrasporto umano resta fantascienza

Nonostante i titoli sensazionalistici, il salto da un fotone a un essere umano è, ad oggi, concettualmente proibitivo.

Il primo ostacolo è di natura informativa: descrivere in modo completo lo stato quantistico di un corpo umano richiederebbe la misura simultanea delle proprietà quantistiche di circa 10²⁸ particelle. Un’operazione di questo tipo è incompatibile con i principi fondamentali della meccanica quantistica e in particolare con il principio di indeterminazione di Heisenberg. Esso stabilisce che misurare con maggiore precisione una proprietà quantistica comporta inevitabilmente la perdita di informazione su un’altra, rendendo impossibile catturare l’intero stato di un sistema complesso come il corpo umano.

Il teorema di no-cloning e la distruzione dello stato originale

A questo limite si aggiunge il teorema di no-cloning, secondo cui è impossibile copiare perfettamente uno stato quantistico sconosciuto. Il teletrasporto quantistico funziona solo perché lo stato originale è distrutto nel processo e ricostruito altrove su un sistema compatibile. Applicare questo schema a un essere umano significherebbe, in termini fisici, distruggere completamente l’organismo originale senza alcuna garanzia di poterlo ricostruire fedelmente, né dal punto di vista biologico né da quello dell’identità personale.

Decoerenza e interazione incontrollabile con l’ambiente

Esiste poi un problema di decoerenza: i sistemi quantistici estremamente complessi, come quelli biologici, interagiscono continuamente con l’ambiente circostante. L’interazione distrugge la coerenza quantistica in tempi infinitesimali, rendendo impossibile mantenere uno stato quantistico globale e controllabile dell’intero corpo umano anche solo per una frazione di secondo. I protocolli di teletrasporto funzionano infatti solo su sistemi microscopici, isolati e altamente controllati, come singoli fotoni o atomi.

Il limite concettuale: informazione, materia e identità

Anche ipotizzando tecnologie futuristiche, resterebbe una barriera concettuale: il teletrasporto quantistico non trasporta “materia”, ma informazione. Un essere umano non è solo un insieme di stati quantistici, ma un sistema complesso in cui contano struttura, continuità biologica e coscienza. Per questo motivo, il teletrasporto umano non è semplicemente lontano nel tempo: viola i limiti strutturali della fisica quantistica così come oggi la comprendiamo, rimanendo un potente strumento narrativo per la fantascienza, ma non un obiettivo realistico della ricerca scientifica.

Nell’immagine in apertura Majorana 1 (fonte dell’immagine), chip quantistico sviluppato da Microsoft che punta a sfruttare una tecnologia avanzata per la computazione quantistica. È un esempio di hardware quantistico avanzato che potrebbe beneficiare degli sviluppi descritti nell’articolo. I qubit topologici, teoricamente più stabili, potrebbero rendere più praticabili i protocolli di teletrasporto quantistico in sistemi reali a scala più ampia.