Dal mondo dei “quanti” le comunicazioni sicure del futuro

Feb 21 2020
a cura della Redazione
L’Istituto Nazionale di Ottica del CNR ha ideato un metodo per “legare” istantaneamente oggetti situati a distanze astronomiche attraverso una singola particella di luce. La scoperta apre la strada allo sviluppo di nuove tecnologie sempre più sicure, precise ed efficienti.
La condivisione di un singolo fotone costituisce una “colla quantistica” per legare attraverso l’entanglement due distinti impulsi di luce laser. (CNR-INO)

CNR-INO quanti comunicazioni 

CNR-INO quanti comunicazioni
La condivisione di un singolo fotone costituisce una “colla quantistica” per legare attraverso l’entanglement due distinti impulsi di luce laser. (CNR-INO)

La “magia quantistica” consentirà in futuro di realizzare comunicazioni sicure inviolabili e computer ultrapotenti, nonché di effettuare misure e rivelare sostanze con una sensibilità e una precisione oggi inimmaginabili. A rivelarlo è un articolo della rivista «Physical Review Letters» nel quale un team di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ottica del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR-INO), basato a Sesto Fiorentino e coordinato da Marco Bellini e Alessandro Zavatta, dimostrano un metodo generale per produrre entanglement, la particolare forma di correlazione prevista dalla meccanica quantistica per cui due oggetti distinti possono rimanere indissolubilmente “legati” anche se allontanati a distanze astronomiche.

Nonostante la sua natura apparentemente paradossale, a cui anche Einstein si rifiutava di credere, l’entanglement è già stato osservato sperimentalmente tra vari tipi di particelle microscopiche ed è alla base delle nuove possibili applicazioni delle cosiddette tecnologie quantistiche citate all’inizio.

Sarà possibile indagare il confine tra fisica classica e quantistica

“Sebbene le peculiarità dell’entanglement siano già state ampiamente dimostrate a livello microscopico, rimane però ancora da chiarire se e come oggetti macroscopici, composti cioè da un elevato numero di particelle, possano anch’essi manifestare un tale comportamento”, afferma Alessandro Zavatta, del CNR-INO. Le strane correlazioni previste dall’entanglement smettono infatti di funzionare non appena gli oggetti da legare crescono di dimensioni. In questo caso, la “magia quantistica” svanisce e gli oggetti tornano rapidamente a comportarsi come ci si aspetta che facciano nella vita di tutti i giorni, perdendo così tutti i vantaggi del mondo dei quanti.

“Nel nostro esperimento, un singolo fotone, la particella elementare della luce, viene aggiunto contemporaneamente a due diversi fasci laser. A differenza degli oggetti comuni e grazie alle proprietà della meccanica quantistica, particelle indivisibili come i fotoni possono infatti delocalizzarsi, trovarsi cioè allo stesso tempo in due posizioni distinte”, dice Nicola Biagi, assegnista CNR-INO e primo autore della ricerca. È stato quindi un solo fotone che, delocalizzato con le sofisticate tecniche messe a punto dai ricercatori CNR, ha costituito il collante per tenere “legati” attraverso l’entanglement due diversi impulsi di luce (si veda la foto sotto il titolo), ognuno a sua volta formato da molte decine di fotoni, e fino a quel momento completamente indipendenti.

Anche se i due impulsi laser utilizzati in questo primo esperimento sono ancora debolissimi, in principio la tecnica non pone limitazioni sulle dimensioni e sul numero degli oggetti da collegare quantisticamente e potrebbe quindi essere estesa a sistemi sempre più grandi.“La creazione di correlazioni quantistiche tra oggetti macroscopici è un obiettivo affascinante”, ha concluso Marco Bellini del CNR-INO, “che, oltre a rispondere a domande di tipo fondamentale su come la meccanica quantistica possa fondersi con la fisica classica, ci fornirà nuovi strumenti per lo scambio di comunicazioni inviolabili e per la realizzazione di misure sempre più sensibili e precise”.

INO-CNR Istituto Nazionale di Ottica

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INO-CNR Istituto Nazionale di Ottica
L’Internet di domani sarà basata sulle proprietà del mondo subatomico

La correlazione istantanea a distanza (appunto l’entanglement) è alla base anche delle ricerche portate avanti dal CNR per delineare l’Internet del futuro, che si baserà sulla connessione di “computer quantistici” e svilupperà comunicazioni molto più veloci e sicure di quelle attuali. La prospettiva è stata illustrata durante il convegno “I primi 50 anni di internet” organizzato dallo stesso CNR e dall’Università di Pisa, in collaborazione con il Politecnico di Milano e il Politecnico di Torino, lo scorso 29 ottobre a Roma. Nell’occasione, scienziati e top manager hanno discusso il futuro della Rete e le sue prospettive di sviluppo. Una linea di ricerca nella quale il CNR, dopo aver svolto un ruolo fondamentale nell’avvio e nella diffusione di massa dell’Internet in Italia, “continuerà ad essere protagonista in Italia e in Europa con progetti che coordina nel campo dell’ICT, delle reti e della rivoluzione tecnologica e di conoscenze legate all’aumento esponenziale della velocità di trasmissione e alla protezione dei dati grazie alle applicazioni della meccanica quantistica in campo fotonico e crittografico”, come sottolineò nell’occasione il presidente del CNR, Massimo Inguscio.

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