I ricercatori hanno sfruttato l'intelligenza artificiale per sviluppare un approccio più semplice per ottenere l'entanglement quantistico tra particelle subatomiche, il che potrebbe portare a tecnologie quantistiche più accessibili. L'entanglement quantistico si verifica quando particelle, come i fotoni, diventano interconnesse in modi che consentono loro di condividere proprietà quantistiche — come l'informazione — su qualsiasi distanza. Questo fenomeno è fondamentale nella fisica quantistica ed è un elemento chiave che potenzia la capacità dei computer quantistici. Tuttavia, creare questi stati entangled è storicamente stato difficile per gli scienziati. Questa complessità deriva dalla necessità di preparare due coppie distinte di particelle entangled e poi condurre una misurazione — nota come misura di Bell — su un fotone di ciascuna coppia per valutare la forza del loro entanglement. Tali misurazioni portano inevitabilmente al collasso del sistema quantistico, con il risultato che i due fotoni non misurati diventano entangled senza aver interagito direttamente. Questo metodo, noto come "entanglement swapping", ha applicazioni potenziali nella teletrasportazione quantistica. In uno studio recente pubblicato il 2 dicembre 2024 sulla rivista Physical Review Letters, i ricercatori hanno utilizzato PyTheus, uno strumento di intelligenza artificiale progettato specificamente per creare esperimenti di ottica quantistica. Inizialmente, gli autori miravano a replicare protocolli esistenti per l'entanglement swapping nella comunicazione quantistica.

Tuttavia, l'IA ha costantemente raccomandato un metodo significativamente più semplice per ottenere l'entanglement dei fotoni. "Gli autori hanno addestrato una rete neurale su un set diversificato di dati che dettagliavano l'impostazione di questo tipo di esperimento in varie condizioni, e la rete ha appreso la fisica sottostante", ha spiegato Sofia Vallecorsa, fisica ricercatrice per l'iniziativa di tecnologia quantistica del CERN, che non ha partecipato allo studio. L'IA ha suggerito che l'entanglement potrebbe derivare dai percorsi indistinguibili dei fotoni; quando sono presenti più potenziali fonti di fotoni e le loro origini diventano indistinte, si può generare entanglement dove prima non esisteva. Nonostante lo scetticismo iniziale, i ricercatori hanno trovato ripetutamente valida la soluzione dell'IA, spingendoli a testarla. Regolando le fonti dei fotoni per renderli indistinguibili, hanno stabilito condizioni in cui il rilevamento di fotoni da percorsi specifici garantiva che altri due fotoni venissero prodotti in uno stato entangled. Questo progresso semplifica la formazione dell'entanglement quantistico, potenzialmente trasformando le reti quantistiche impiegate per la comunicazione sicura, rendendo queste tecnologie più pratiche. "Quanto più possiamo dipendere dalla tecnologia semplice, più ampio è il range di applicazioni che possiamo sviluppare", ha osservato Vallecorsa. "La capacità di costruire reti più complesse con geometrie diverse potrebbe avere un impatto significativo sullo scenario end-to-end singolo. " Resta da vedere se questa tecnologia può essere scalata in un processo commercialmente viable a causa di potenziali problemi con l'interferenza ambientale e imperfezioni nei dispositivi che possono destabilizzare il sistema quantistico. Inoltre, lo studio sottolinea il valore dell'IA come risorsa di ricerca nella fisica. "Stiamo esplorando ulteriormente l'integrazione dell'IA, ma persiste ancora un certo scetticismo riguardo al futuro ruolo dei fisici in questo panorama in evoluzione", ha osservato Vallecorsa. "Questo dimostra una notevole opportunità e mostra come l'IA possa servire come strumento prezioso per i fisici. "