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Un sistema quantistico fa a meno dei laser per la prima volta
Un gruppo guidato da ricercatori dell’Università di Ottawa e del Max Planck Institute for the Science of Light ha usato la luce del Sole al posto di un laser per generare coppie di fotoni entangled. L’esperimento è stato condotto all’aperto e descritto sulla rivista Optica. Il risultato dimostra che una sorgente naturale e incoerente può alimentare un processo quantistico finora associato a fasci laser controllati. In prospettiva, il metodo potrebbe ridurre consumi e componenti nei sistemi quantistici.
L’entanglement quantistico lega le proprietà di due particelle in modo incompatibile con una descrizione classica ed è alla base di comunicazioni protette, sensori estremamente precisi e alcune architetture di calcolo. Normalmente si impiega luce coerente, nella quale le onde mantengono una relazione prevedibile. La luce solare, invece, comprende molti colori e raggi che arrivano da direzioni differenti.
Il gruppo ha sfruttato la conversione parametrica spontanea, un processo ottico nel quale un fotone può dividersi in una coppia all’interno di un cristallo non lineare. I ricercatori hanno polarizzato fortemente la luce solare e progettato l’apparato affinché le differenze di colore e direzione non alterassero la polarizzazione. L’entanglement è stato così confinato proprio in questa proprietà dei fotoni.
Concentrare abbastanza luce su un cristallo di circa un millimetro richiedeva però un nuovo componente. Il team tedesco ha costruito un concentratore solare interamente in vetro: una lente di Fresnel grande all’incirca come una finestra raccoglie la radiazione e la convoglia in una fibra ottica sottile quanto un capello. La prudenza resta essenziale in un settore ricco di promesse, come mostra la nostra analisi su quanto possano essere sopravvalutati alcuni annunci sul quantum computing.
La tomografia dello stato quantistico ha indicato una fedeltà di circa il 94% rispetto a uno stato perfettamente entangled. Le correlazioni misurate hanno inoltre violato la disuguaglianza di Bell, un controllo decisivo: il comportamento osservato non può essere spiegato soltanto attraverso variabili classiche locali. Non si tratta quindi di una semplice somiglianza statistica prodotta dal rumore della sorgente.
La conseguenza tecnologica più immediata riguarda i satelliti, che potrebbero generare chiavi per comunicazioni quantistiche sicure sfruttando la luce già disponibile nello spazio. Eliminare il laser di pompaggio ridurrebbe alimentazione, raffreddamento e hardware di supporto. Per chi segue l’hardware quantistico, il risultato suggerisce anche una strada per moltiplicare le sorgenti di fotoni senza far crescere nella stessa misura il consumo elettrico.
Quella presentata rimane una prova di principio, non un dispositivo pronto per satelliti o computer quantistici. Il gruppo deve aumentare la luminosità della sorgente, migliorare ulteriormente la qualità dell’entanglement e dimostrare un funzionamento affidabile fuori dall’apparato sperimentale. Variabilità atmosferica, integrazione e miniaturizzazione restano problemi aperti; applicazioni operative richiederanno quindi nuovi esperimenti e tempi non ancora quantificabili.
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