Teletrasporto quantistico di un’immagine : trasferire l’informazione senza spostare la materia

Un gruppo di ricercatori ha ricostruito una lettera composta da cento pixel trasferendo simultaneamente cento stati quantistici. Non è il teletrasporto della fantascienza e non permette comunicazioni più veloci della luce, ma rappresenta un progresso importante verso reti quantistiche più complesse

Per la prima volta è stata teletrasportata quantisticamente un’intera immagine composta da cento elementi, utilizzando altrettanti canali ottici simultanei. Il risultato è stato ottenuto dal gruppo coordinato da Jietai Jing, della East China Normal University di Shanghai, ed è stato pubblicato sulla rivista scientifica Physical Review Letters.

L’immagine utilizzata nell’esperimento era una lettera “Q” costruita attraverso una griglia di dieci per dieci elementi. Ciascun elemento, paragonabile a un pixel, corrispondeva a una modalità spaziale della luce controllabile indipendentemente dalle altre.

Il risultato è importante non tanto per la complessità visiva dell’immagine, necessariamente molto limitata, quanto per la possibilità di trasferire in parallelo cento stati quantistici. Nei precedenti sistemi di teletrasporto, infatti, l’informazione veniva generalmente elaborata attraverso un solo canale alla volta oppure mediante forme di multiplexing che richiedevano procedure più complesse per separare e decodificare i diversi segnali.

L’esperimento dimostra una possibile strada per aumentare la capacità delle future reti quantistiche. Ma il termine “teletrasporto” può facilmente generare equivoci: nessun oggetto è scomparso da un punto per riapparire altrove.

Che cosa è stato realmente teletrasportato

Nel teletrasporto quantistico non vengono trasferite particelle, persone o oggetti materiali. Viene trasferito lo stato quantistico di un sistema, cioè l’insieme delle proprietà fisiche necessarie perché un altro sistema possa assumere, a destinazione, uno stato corrispondente.

L’informazione non viene semplicemente letta, copiata e inviata come accade in una comunicazione digitale ordinaria. La meccanica quantistica stabilisce infatti che non è possibile realizzare una copia perfetta di uno stato quantistico sconosciuto: è il principio noto come “teorema di non clonazione”.

Il teletrasporto permette di aggirare questa difficoltà senza violarla. Lo stato originario viene distrutto durante il processo e ricostruito su un altro sistema mediante una risorsa condivisa: l’entanglement quantistico.

Il termine descrive quindi il trasferimento di uno stato, non il viaggio della materia. Nel caso dell’immagine della lettera “Q”, a essere trasferite sono state le informazioni quantistiche associate alle cento modalità spaziali del campo luminoso. L’immagine è stata ricostruita dal ricevitore, non trasportata fisicamente come una fotografia attraverso un canale invisibile.

Il ruolo dell’entanglement

L’entanglement è uno dei fenomeni più caratteristici della meccanica quantistica. Due sistemi entangled vengono descritti da uno stato comune, anche quando sono fisicamente separati. Le correlazioni tra le loro misure non possono essere spiegate assegnando semplicemente a ciascuna particella proprietà locali già definite e indipendenti.

Nell’esperimento, il mittente e il ricevitore disponevano in anticipo di campi luminosi entangled. Il campo che conteneva l’immagine veniva combinato, presso il mittente, con una parte della risorsa condivisa. Questa interazione rendeva il contenuto originario non direttamente leggibile.

Il ricevitore utilizzava quindi la propria parte del campo entangled e il segnale risultante dal processo per ricostruire l’insieme delle cento modalità. La particolarità del sistema sviluppato dai ricercatori consiste nell’avere realizzato questa operazione parallelamente, invece di ripeterla separatamente per ogni elemento.

Una modulazione olografica programmabile ha permesso di produrre una matrice riconfigurabile di cento canali spaziali indipendenti. Un sistema ottico di feedforward, privo della tradizionale misurazione elettronica canale per canale, ha poi consentito di elaborare simultaneamente l’intera configurazione.

Perché proprio un’immagine

Un’immagine costituisce una dimostrazione intuitiva della capacità di un sistema di gestire molti elementi correlati. Una singola lettera di cento pixel rimane estremamente semplice rispetto alle fotografie che utilizziamo quotidianamente, composte da milioni di punti. Dal punto di vista sperimentale, però, ciascun pixel rappresenta un canale quantistico da preparare, controllare e ricostruire.

La lettera “Q” non è quindi importante per il suo contenuto semantico. Avrebbero potuto essere utilizzate altre configurazioni della stessa griglia. Serve a mostrare visivamente che i cento canali hanno conservato una struttura complessiva riconoscibile.

I ricercatori non si sono limitati a verificare che l’immagine finale somigliasse a quella iniziale. Hanno misurato la fedeltà del trasferimento, cioè quanto lo stato ricostruito corrispondesse a quello originario. I valori ottenuti hanno superato i limiti raggiungibili da un procedimento puramente classico, indicando che il risultato dipendeva effettivamente dalle risorse quantistiche impiegate.

Non è una comunicazione istantanea

L’entanglement viene spesso descritto in modo suggestivo come un legame capace di far “influenzare istantaneamente” particelle lontane. Questa formulazione può però suggerire erroneamente che sia possibile inviare messaggi a velocità superiori a quella della luce.

Le correlazioni quantistiche si manifestano indipendentemente dalla distanza tra i sistemi entangled, ma non possono essere utilizzate da sole per trasmettere informazione controllabile istantaneamente. Il protocollo di teletrasporto richiede anche una componente di comunicazione fisica tra mittente e ricevitore, soggetta ai consueti limiti relativistici.

Il teletrasporto quantistico non viola quindi la causalità e non permette di ricevere un messaggio prima che un segnale luminoso abbia avuto il tempo di percorrere la distanza. Il termine “teletrasporto” indica una procedura particolare di trasferimento dell’informazione quantistica, non un superamento della velocità della luce. Questa distinzione è essenziale per evitare che un risultato scientifico importante venga trasformato in una promessa fantascientifica.

Verso un’internet quantistica

Il principale campo di applicazione riguarda lo sviluppo delle reti quantistiche. Una futura internet quantistica potrebbe collegare computer, sensori e memorie quantistiche, permettendo di distribuire entanglement e trasferire stati tra nodi differenti.

Queste reti non sostituirebbero necessariamente internet come la conosciamo. Potrebbero costituire un’infrastruttura complementare destinata a compiti specifici: collegare processori quantistici, coordinare sensori ad altissima precisione e realizzare nuovi protocolli crittografici.

L’informazione quantistica è però estremamente fragile. L’interazione con l’ambiente può produrre decoerenza, degradando lo stato che si desidera conservare o trasferire. Inoltre, proprio perché uno stato sconosciuto non può essere copiato perfettamente, non è possibile replicarlo liberamente per proteggerlo dalle perdite come si farebbe con un file tradizionale.

Il teletrasporto offre una possibile soluzione, perché consente di trasferire lo stato senza inviare direttamente il sistema che lo possedeva attraverso l’intero percorso. Per costruire una rete realmente estesa serviranno tuttavia memorie quantistiche affidabili, ripetitori, sorgenti di entanglement, sistemi di sincronizzazione e procedure di correzione degli errori. L’esperimento cinese risolve soltanto una parte del problema, ma affronta un limite importante: la capacità di gestire molti canali contemporaneamente.

Sicurezza : possibilità e semplificazioni

Le comunicazioni quantistiche vengono spesso presentate come intrinsecamente impossibili da intercettare. È una formulazione che richiede cautela. Una misurazione non autorizzata può alterare uno stato quantistico e lasciare tracce rilevabili. Questo principio permette di progettare sistemi nei quali un tentativo di intercettazione venga individuato. Non significa, però, che ogni futura rete quantistica sarà automaticamente invulnerabile.

La sicurezza concreta dipenderà anche dai dispositivi, dal software, dalle procedure di autenticazione e dall’infrastruttura classica collegata al sistema quantistico. Errori progettuali e vulnerabilità possono emergere nei componenti reali anche quando il principio fisico del protocollo è solido.

Il passaggio dalla dimostrazione di laboratorio a una rete operativa richiederà quindi non soltanto progressi nella fisica, ma anche ingegneria, standard condivisi e rigorose verifiche indipendenti.

Informazione e realtà fisica

Il teletrasporto quantistico pone anche una domanda filosofica: che rapporto esiste tra un oggetto e l’informazione che ne descrive lo stato ? Nel linguaggio quotidiano tendiamo a considerare l’informazione come qualcosa di astratto, separabile dal mondo materiale. La fisica mostra invece che ogni informazione deve essere codificata in un sistema fisico. Un bit classico richiede un supporto; uno stato quantistico appartiene a una particella, a un atomo, a un circuito o a una modalità della luce.

Nell’esperimento, l’immagine non esisteva come entità immateriale capace di attraversare lo spazio. Era una configurazione fisica di un campo ottico. Per essere ricostruita, richiedeva altre risorse fisiche, dispositivi, energia ed entanglement precedentemente distribuito.

L’informazione può essere trasferita da un supporto a un altro, ma non esiste operativamente senza un’incarnazione materiale. Persino il teletrasporto, che sembra separare lo stato dal suo portatore, non elimina la materia: modifica la relazione tra i sistemi che codificano l’informazione.

Scienza, immaginazione e responsabilità epistemica

La fantascienza ha contribuito a rendere familiare il concetto di teletrasporto molto prima che la fisica realizzasse esperimenti con questo nome. L’immaginazione può avere un ruolo fecondo: permette di formulare possibilità, anticipare scenari e rendere accessibili concetti complessi.

Il problema nasce quando la metafora prende il posto della spiegazione. Dire che è stata “teletrasportata un’immagine” è corretto all’interno del linguaggio tecnico della fisica quantistica, ma può diventare ingannevole se il lettore immagina una fotografia smaterializzata e ricomparsa altrove.

La responsabilità epistemica consiste anche nel mantenere visibile la distanza tra il fenomeno reale e l’immagine utilizzata per raccontarlo. La precisione non diminuisce la meraviglia. Al contrario, permette di riconoscere quanto il risultato sia sorprendente senza attribuirgli capacità che non possiede.

L’esperimento coordinato da Jietai Jing non inaugura il trasporto istantaneo degli oggetti e non abolisce le distanze. Dimostra qualcosa di meno spettacolare per l’immaginario, ma scientificamente molto significativo: cento stati quantistici possono essere trasferiti parallelamente mediante una struttura ottica riconfigurabile e ricomposti in un’immagine riconoscibile.

È un passo verso sistemi quantistici capaci di trattare configurazioni più complesse. Ma è anche una lezione sul linguaggio della scienza: comprendere una scoperta significa distinguere ciò che l’esperimento ha effettivamente dimostrato da ciò che desideriamo immaginare.

Fonte scientifica: Yanbo Lou, Jiabin Wang, Yuyan Zou, Lingyue Hou, Shengshuai Liu e Jietai Jing, Hundred-Channel Reconfigurable Quantum Teleportation, pubblicato su Physical Review Letters il 20 agosto 2026.