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Dove i satelliti vedono poco, la fisica quantistica potrebbe fare la differenza
Sumanta Das, del RKMVERI in India, e Malini Roy Choudhury hanno proposto un sistema di osservazione quantistica della Terra per ricavare informazioni da ambienti con pochissima luce, dalle regioni polari alle foreste. Il lavoro, pubblicato su Remote Sensing of Environment, descrive come trasferire tecniche della fotonica ai sensori satellitari: è un progetto concettuale, non una dimostrazione in orbita.
Il sistema si chiama QEMRS, acronimo inglese di telerilevamento multispettrale potenziato dalla quantistica, e prevede due architetture. Multispettrale significa osservare diverse bande dello spettro: confrontarle aiuta a riconoscere proprietà dei materiali. I fotoni sono i quanti della luce; quando ne arrivano pochi, distinguere il segnale dalle fluttuazioni casuali della misura diventa più difficile.
La modalità passiva raccoglierebbe la debole luce naturale con rivelatori a singolo fotone, fra cui dispositivi a nanofili superconduttori. Il ricevitore analizzerebbe anche i tempi di arrivo e le correlazioni d’intensità per separare il segnale dal rumore. In questa configurazione il satellite sfrutterebbe la radiazione disponibile, senza dover illuminare il bersaglio con una propria sorgente.
La modalità attiva impiegherebbe invece l’illuminazione quantistica: una sorgente produrrebbe coppie di fotoni correlati, inviandone uno verso la superficie e conservando l’altro a bordo come riferimento. Una misura congiunta del riferimento e del segnale di ritorno potrebbe migliorare il riconoscimento del bersaglio nel rumore di fondo, secondo il modello discusso dagli autori.
Per i rivelatori a nanofili lo studio indica temperature operative tipiche di circa 1–4 kelvin, prossime allo zero assoluto. Il raffreddamento criogenico richiede risorse a bordo e condiziona massa, consumi e durata delle acquisizioni. Gli autori prospettano quindi osservazioni selettive sopra aree particolarmente povere di luce, con strumenti complementari ai radar e ai sistemi ottici già impiegati.
Il progetto affronta anche la calibrazione, cioè il collegamento fra le letture dello strumento e grandezze fisiche confrontabili. I ricercatori propongono prove terrestri in ambienti oscurati e l’impiego della luce terrestre riflessa dalla porzione notturna della Luna. L’obiettivo è rendere i futuri dati quantistici compatibili con gli archivi esistenti, così da poter confrontare misure raccolte con strumenti diversi.
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