San Francisco Frontiers - Teletrasporto quantistico

Il teletrasporto esiste davvero, ma per riconoscerlo occorre liberare la parola dall’immagine più tenace che la accompagna. Nessun corpo viene smaterializzato, nessuna persona scompare da una cabina per ricomparire altrove. Nei laboratori di fisica, il teletrasporto riguarda lo stato quantistico di un sistema: l’insieme delle informazioni che determina come un fotone, un atomo, uno ione o un altro qubit risponderà alle future misure.

Nel Quantum Internet Research Group dell’Università Federico II di Napoli, il fenomeno prende la forma concreta di un banco ottico. Laser, cristalli, specchi, filtri, fibre e rivelatori servono a preparare coppie di fotoni entangled, cioè quantisticamente correlate, distribuirle tra nodi distinti e verificare che uno stato quantistico sia stato ricostruito nel punto di arrivo. Il passaggio decisivo è tutto qui: non si trasporta la particella che custodiva l’informazione iniziale, ma si trasferisce il suo stato quantistico a un altro supporto già presente a destinazione.

Che cosa viene teletrasportato
Nel calcolo classico, un bit vale zero oppure uno. Un qubit può invece trovarsi in una sovrapposizione di zero e uno, con ampiezze e fasi che stabiliscono le probabilità dei possibili risultati. Il suo stato non è una semplice etichetta e non può essere letto come si apre un file. Una misura restituisce un esito, ma altera in generale il sistema e non rivela da sola l’intera descrizione quantistica.

Teletrasportare un qubit significa fare in modo che un sistema remoto assuma lo stesso stato dell’originale. In un protocollo ideale, il sistema di arrivo riproduce non soltanto le medesime probabilità di misura, ma anche le eventuali correlazioni che il qubit iniziale aveva con altri sistemi. È questa precisione concettuale a distinguere il teletrasporto quantistico da una normale trasmissione di dati e da una copia digitale. La particella di partenza non percorre necessariamente la distanza che separa mittente e destinatario. Nemmeno le sue proprietà vengono preventivamente misurate, convertite in una lunga sequenza di bit e poi ricostruite. Lo stato resta ignoto a chi esegue l’operazione. Il protocollo funziona proprio senza conoscerlo.

L’entanglement non è un filo invisibile
La risorsa indispensabile è l’entanglement, una correlazione che non ha equivalente nella fisica classica. Due qubit entangled non possiedono, in generale, stati indipendenti ben definiti. Devono essere descritti come un unico sistema, anche quando si trovano in luoghi diversi.

Questo legame non equivale però a un segnale istantaneo. Se si misura soltanto uno dei due qubit, l’esito locale appare casuale. Le correlazioni emergono quando i risultati ottenuti nei due luoghi vengono confrontati. Nessuno può scegliere il proprio esito per scrivere un messaggio e farlo comparire all’altro capo della coppia.

Le prove sperimentali sulle disuguaglianze di Bell hanno escluso un’ampia classe di spiegazioni fondate su variabili nascoste locali. Il Nobel per la fisica del 2022, assegnato ad Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger, ha riconosciuto il percorso che ha trasformato l’entanglement da paradosso teorico a risorsa tecnologica. Il teletrasporto quantistico è una delle applicazioni più nette di quella svolta.

Il protocollo, passo dopo passo
Nel modello fondamentale, mittente e destinatario condividono in anticipo una coppia di qubit entangled. Un membro della coppia resta al mittente, l’altro viene distribuito al destinatario. Questa distribuzione richiede un canale fisico, per esempio una fibra ottica o un collegamento in spazio libero, e deve avvenire mantenendo intatta la correlazione.

Il mittente dispone anche del qubit nello stato sconosciuto da trasferire. Esegue allora una misura congiunta tra quel qubit e la propria metà della coppia entangled. È la cosiddetta misura di Bell. Nel caso ideale produce uno fra quattro risultati possibili. Quella misura cambia irreversibilmente i sistemi locali. Lo stato originario non rimane disponibile al mittente e la coppia entangled viene consumata. Il risultato della misura può essere espresso con due bit classici, che vengono inviati al destinatario attraverso un canale ordinario.

Quando riceve quei due bit, il destinatario applica al proprio qubit una delle quattro correzioni previste. Soltanto a quel punto il qubit remoto assume lo stato che apparteneva al qubit iniziale. I due bit non contengono una descrizione dello stato. Indicano soltanto quale correzione eseguire. La parte non classica del trasferimento è resa possibile dall’entanglement condiviso.

Perché non supera la velocità della luce
La misura di Bell produce risultati casuali. Prima di ricevere il messaggio classico, il destinatario non può sapere quale correzione applicare e, osservando il proprio qubit, non ricava alcuna informazione utilizzabile sullo stato di partenza. Il canale classico è quindi indispensabile e non può trasmettere più velocemente della luce.

Il teletrasporto quantistico non viola la relatività e non consente comunicazioni istantanee. Il termine teletrasporto descrive l’assenza di un viaggio diretto del portatore originario, non l’abolizione del tempo necessario a completare il protocollo. Lo stesso meccanismo rispetta il teorema di non clonazione. Uno stato quantistico sconosciuto non può essere duplicato perfettamente. Nel teletrasporto non nascono due copie: la misura distrugge l’informazione quantistica disponibile nel sistema iniziale e la ricostruzione avviene sul sistema remoto. È un trasferimento, non una moltiplicazione.

La fedeltà misura quanto il risultato è buono
Nei dispositivi reali, perdite ottiche, rumore, disallineamenti, instabilità di fase, efficienza limitata dei rivelatori e fotoni indesiderati impediscono la perfezione. Per valutare un esperimento si usa la fedeltà, cioè la somiglianza tra lo stato in ingresso e quello ricostruito.

Per un qubit sconosciuto scelto uniformemente, una strategia puramente classica basata su misura e ripreparazione non supera in media una fedeltà di due terzi. Oltrepassare quella soglia, con un margine statistico adeguato e ipotesi sperimentali ben definite, indica che il trasferimento ha sfruttato una risorsa quantistica. La percentuale, tuttavia, non racconta tutto. Contano anche la frequenza degli eventi riusciti, la distanza, la stabilità nel tempo, il numero di stati provati, le perdite complessive e la possibilità di far funzionare il sistema senza continue regolazioni manuali. Una dimostrazione molto accurata ma rarissima può essere preziosa per la ricerca e ancora inadatta a una rete operativa.

Dalla teoria alle fibre già posate
Il protocollo fu formulato nel 1993 e la prima dimostrazione con fotoni arrivò nel 1997. Da allora sono stati trasferiti stati quantistici usando piattaforme diverse e collegamenti sempre più articolati, dalle fibre metropolitane ai canali in spazio libero e alle comunicazioni tra terra e satellite.

Il cambiamento più importante degli ultimi anni non riguarda soltanto la distanza. Riguarda l’uscita dal laboratorio protetto e la convivenza con l’infrastruttura delle telecomunicazioni. Nel 2024 un sistema a tre nodi ha realizzato il teletrasporto di stato su 30,2 chilometri di fibra mentre la stessa infrastruttura trasportava un canale classico da 400 gigabit al secondo. Il risultato ha mostrato che i fotoni quantistici possono sopravvivere accanto a segnali ottici enormemente più intensi, purché si scelgano con cura le lunghezze d’onda e si riduca il rumore dovuto alla diffusione della luce nella fibra. Nel 2025, a Oxford, due moduli a ioni intrappolati collegati da fotoni hanno eseguito una porta logica controllata tra qubit ospitati in processori distinti. La porta è stata teletrasportata con una fedeltà dell’86 per cento e il sistema ha poi eseguito una versione distribuita dell’algoritmo di Grover con un tasso di successo del 71 per cento. Non si è trattato di spostare un oggetto, ma di creare a distanza l’interazione logica necessaria a far lavorare due processori come parti di una sola macchina.

Sempre nel 2025, una collaborazione europea ha trasferito lo stato di polarizzazione di un fotone tra sorgenti basate su due punti quantici differenti, collegate attraverso 270 metri di spazio libero. La fedeltà ha raggiunto l’82 per cento. Il valore dell’esperimento stava soprattutto nell’uso di emettitori indipendenti, requisito essenziale per costruire ripetitori e nodi che non dipendano da un’unica sorgente centrale.

Nel gennaio 2026, a Berlino, i risultati preliminari di un test su 30 chilometri di fibra metropolitana già installata hanno indicato una fedeltà media del 90 per cento, anche in presenza di traffico classico nello stesso cavo. L’apparato impiegava componenti commerciali e doveva compensare le variazioni ambientali di una rete reale. È un passaggio significativo perché sposta l’attenzione dalla sola prova di principio alla continuità di servizio, alla calibrazione automatica e alla gestione da parte di un operatore.

Napoli, laboratorio della rete quantistica italiana
Nel gennaio 2026, al campus di Monte Sant’Angelo della Federico II, è stato inaugurato il primo Quantum Internet Testbed italiano. È un laboratorio aperto pensato per sperimentare reti basate sull’entanglement, ripetitori quantistici e coesistenza con il traffico classico su scala metropolitana.

L’anello di fibra che collega i campus consente di studiare non soltanto la fisica dei fotoni, ma anche i problemi tipici di una rete: sincronizzazione, controllo, instradamento delle risorse di entanglement, compensazione delle derive, compatibilità tra apparati e gestione degli errori. La differenza è sostanziale. Un esperimento isolato dimostra che un fenomeno è possibile; un testbed deve mostrare come quel fenomeno possa essere reso ripetibile, programmabile e integrabile.

Non esiste ancora una rete quantistica nazionale pronta per l’uso pubblico. L’infrastruttura napoletana è una piattaforma di ricerca e trasferimento tecnologico. Il suo valore sta proprio nel colmare lo spazio fra l’ottica quantistica e l’ingegneria delle telecomunicazioni, dove si deciderà la reale utilità della tecnologia.

A che cosa servirà
La prima applicazione è il ripetitore quantistico. Nelle reti classiche, un segnale debole può essere letto, amplificato e ritrasmesso. Con un qubit sconosciuto non è possibile, perché copiarlo violerebbe il teorema di non clonazione. I ripetitori quantistici devono quindi distribuire entanglement su tratte più brevi, conservarlo in memorie quantistiche e collegare le tratte mediante scambio di entanglement. Il teletrasporto trasferisce poi lo stato attraverso la catena senza richiedere la copia del qubit.

La seconda applicazione è il calcolo distribuito. Costruire un solo processore con milioni di qubit corretti dagli errori è una sfida enorme. Collegare moduli più piccoli potrebbe offrire una strada alternativa, a condizione che le porte logiche tra nodi siano sufficientemente affidabili e rapide. Gli esperimenti sulle porte teletrasportate mostrano il principio, ma la distanza tra una dimostrazione a pochi qubit e un supercomputer quantistico resta ampia. Una terza area riguarda sensori, orologi e strumenti di misura collegati in entanglement. Reti di questo tipo potrebbero confrontare tempi, campi e frequenze con sensibilità irraggiungibili da dispositivi indipendenti. Vi sono poi protocolli per il calcolo quantistico delegato, nei quali un utente affida un compito a un processore remoto limitando le informazioni che il gestore può apprendere.

Il teletrasporto non renderà più veloce la navigazione ordinaria e non sostituirà la rete Internet classica. Una rete quantistica avrà bisogno di canali classici per coordinare misure, correzioni, autenticazione e controllo. È più realistico immaginarla come un’infrastruttura specializzata che affianca quella esistente.

La sicurezza senza slogan
L’idea di una rete quantistica impossibile da violare è seducente, ma troppo assoluta. Le leggi quantistiche possono offrire garanzie che la crittografia classica non possiede, per esempio rendendo rilevabile una misura non autorizzata in protocolli ben progettati. Nel teletrasporto ideale, i due bit classici intercettati da soli non rivelano lo stato trasferito.

Ciò non significa che ogni rete quantistica sia automaticamente sicura. Sorgenti, rivelatori, memorie, software di controllo e terminali possono contenere difetti. Un aggressore può sfruttare l’implementazione anziché sfidare la teoria. Servono inoltre autenticazione classica, verifica dell’entanglement e procedure robuste contro perdite e manipolazioni. La sicurezza quantistica è una proprietà di un protocollo completo, non un effetto magico della parola entanglement.

Gli ostacoli ancora aperti
La fibra assorbe i fotoni e il rumore ambientale altera polarizzazione e fase. Le sorgenti non producono sempre la coppia desiderata. Le misure di Bell realizzate con ottica lineare hanno efficienze limitate. Le memorie quantistiche devono conservare stati fragili abbastanza a lungo da consentire la sincronizzazione tra tratte diverse. I convertitori di frequenza devono adattare emettitori e fibre senza distruggere la coerenza.

A questi problemi fisici si aggiungono quelli di rete. Occorre decidere come prenotare l’entanglement, come instradarlo, come segnalare un evento riuscito, come recuperare da un errore e come far dialogare dispositivi costruiti con tecnologie differenti. La rete quantistica non nascerà da un solo apparato spettacolare, ma dall’integrazione di fotonica, elettronica, software, teoria dell’informazione e standard condivisi.

Perché non riguarda il teletrasporto umano
Il successo con un qubit non offre una scorciatoia verso la smaterializzazione di una persona. Un organismo è un sistema macroscopico, caldo, aperto e in continua interazione con l’ambiente. Descriverne e controllarne ogni grado di libertà quantistico richiederebbe risorse di ordine incomparabile rispetto a quelle degli esperimenti attuali.

Attribuire tutto al solo principio di indeterminazione sarebbe troppo semplice. Il problema è più profondo. Lo stato quantistico completo di un singolo sistema sconosciuto non può essere estratto come una fotografia perfetta e poi copiato. Le misure alterano le proprietà incompatibili, il teorema di non clonazione vieta la duplicazione esatta e la decoerenza disperde rapidamente nell’ambiente le relazioni di fase. Il protocollo reale trasferisce stati selezionati e controllati di sistemi microscopici o di qubit artificiali. Non smonta la materia, non la converte in un progetto classico e non assembla un corpo altrove. Anche un ipotetico trasferimento dello stato di sistemi sempre più complessi lascerebbe aperte questioni immense di preparazione, correzione degli errori, energia, materia disponibile e continuità dell’identità personale.

Una realtà meno cinematografica e più importante
Il teletrasporto quantistico è reale perché viene eseguito, misurato e ripetuto. È possibile perché l’entanglement fornisce una risorsa che la fisica classica non contempla. Ma non è istantaneo, non sposta materia e non elimina la necessità di cavi, fotoni, rivelatori e comunicazioni ordinarie.

La sua portata sta altrove. Permette di trasferire uno stato senza inviare direttamente il sistema che lo possedeva, di collegare processori quantistici separati e di immaginare reti nelle quali l’entanglement diventa una risorsa da generare, conservare e distribuire. È una rivoluzione meno appariscente del teletrasporto fantascientifico, ma assai più concreta: non porta l’uomo da Milano al Brasile in un lampo, porta la logica della meccanica quantistica fuori dal singolo laboratorio e dentro l’architettura delle comunicazioni future.