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La luce del Sole può alimentare un esperimento quantistico
Un gruppo guidato dall'Università di Ottawa e dal Max Planck Institute for the Science of Light ha generato coppie di fotoni entangled usando luce solare concentrata. L'esperimento, descritto sulla rivista Optica, mostra che un laser alimentato elettricamente non è indispensabile per ottenere questo tipo di correlazione quantistica, almeno in un apparato dimostrativo.
L'entanglement lega le proprietà misurabili di due particelle attraverso correlazioni che non possono essere riprodotte da una semplice teoria classica locale. Le coppie di fotoni entangled sono una risorsa fondamentale per comunicazioni protette e sistemi di computazione quantistica. Non consentono però di trasmettere informazioni istantaneamente, come suggeriscono alcune interpretazioni divulgative troppo semplicistiche. Per approfondire il contesto, abbiamo spiegato perché il computer quantistico sembra impossibile, ma non è magia.
Normalmente questi fotoni vengono prodotti inviando un laser ad alta energia attraverso un cristallo non lineare, mediante un processo chiamato conversione parametrica spontanea. Il laser fornisce luce coerente, con onde ordinate e una frequenza ben definita. La radiazione solare, invece, comprende molte lunghezze d'onda provenienti da direzioni differenti ed era quindi considerata poco adatta a generare uno stato quantistico altamente correlato.
Il gruppo aveva già indicato attraverso modelli teorici ed esperimenti con LED che la coerenza del laser non era strettamente necessaria, purché l'entanglement dipendesse da proprietà indipendenti dal colore e dalla direzione della luce. Per mettere alla prova l'ipotesi all'aperto, i ricercatori hanno costruito un concentratore solare conico interamente in vetro. Una lente di Fresnel grande quanto una finestra raccoglieva la radiazione e la convogliava in una fibra ottica molto sottile, diretta verso un cristallo di dimensioni millimetriche.
Durante tre giorni di misure, l'apparato ha prodotto coppie di fotoni con una fedeltà di circa il 94 per cento rispetto a uno stato perfettamente entangled. I dati hanno inoltre mostrato una violazione della disuguaglianza di Bell, il test statistico impiegato per distinguere le correlazioni quantistiche da quelle spiegabili con modelli classici locali. Il margine della violazione è rimasto modesto, anche per la debole luce stagionale e il passaggio delle nuvole.
La qualità ottenuta è leggermente inferiore a quella delle migliori sorgenti laser. Secondo gli autori, la differenza deriverebbe soprattutto dalle distorsioni introdotte dai componenti ottici e non dalla natura incoerente della luce solare. Si tratta comunque di una prova di principio: lo studio non dimostra un vantaggio energetico complessivo per un computer quantistico e il sistema deve ancora aumentare luminosità, stabilità e qualità dell'entanglement.
L'approccio elimina direttamente la conversione dell'elettricità in luce laser, un passaggio che richiede energia, stabilizzazione e dispersione del calore. Con ulteriori miglioramenti, una sorgente di questo tipo potrebbe essere impiegata su satelliti per produrre chiavi di crittografia quantistica sfruttando la radiazione disponibile nello spazio. È una prospettiva ancora sperimentale, non un'applicazione pronta, ma indica che una sorgente disordinata come il Sole può alimentare fenomeni quantistici controllabili.
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