Un luminoso futuro di possibilità per la luce brillante spremuta nel vuoto

Un progresso significativo nella comprensione della meccanica quantistica su scala macroscopica è stato ottenuto mediante il progetto finanziato dall’UE BRISQ2, che si è concentrato sul potenziale quantico della BSV. Questo specifico stato quantistico della luce è noto fin dagli anni sessanta del secolo scorso, ma solo di recente ha attirato l’attenzione del mondo scientifico.

“Abbiamo dimostrato che questo stato della luce può essere usato in diverse applicazioni, come ad esempio imaging, comunicazioni e metrologia, dove i metodi tradizionali sembrano aver raggiunto i loro limiti,” ha detto la coordinatrice del progetto, la dott.ssa Maria Chekhova, a capo di Quantum Radiation all’Istituto Max-Planck per la scienza della luce, in Germania.

“Attraverso questo progetto, noi siamo riusciti ad adattare le proprietà spettrali e spaziali di questo stato della luce e abbiamo dimostrato la sua natura quantistica. Inoltre abbiamo sviluppato un nuovo tipo di generatore parametrico ottico basato su questa luce.”

Nuovi protocolli per la BSV

Questo progetto ha portato infatti all’implementazione di diversi protocolli riguardanti la BSV. “Il principale è l’imaging microscopico con una sensibilità che supera i limiti classici, e che include un modo per semplicemente ‘notare’ un oggetto indistinto su uno sfondo rumoroso,” ha detto Chekhova.

Gli scienziati sono interessati all’informatica quantistica poiché essa, basandosi sulle leggi della meccanica quantistica, offre un’elaborazione più veloce e un trasferimento più sicuro delle informazioni. Si tratta di una tecnologia con un potenziale immenso, dato che la domanda di dati aumenta e i metodi tradizionali per il trasferimento delle informazioni stanno raggiungendo i loro limiti.

Al momento, l’informatica quantistica funziona con oggetti microscopici come ad esempio singoli atomi, ioni, molecole, e in particolare fotoni. Lo svantaggio di questa situazione è che gli oggetti microscopici non possono interagire efficientemente tra loro e con i sistemi materiali, e questo limita il loro impiego.

Gli stati macroscopici (brillanti) della luce d’altro canto non presentano questo svantaggio poiché la brillantezza – il numero di fotoni per modalità di radiazione – determina l’efficienza delle interazioni luce-luce e luce-materia. Inoltre, a differenza degli stati coerenti spremuti, la luce brillante spremuta nel vuoto (BSV) ha delle correlazioni perfette fotone-numero.

“Noi volevamo studiare le proprietà di questa luce, in particolare le sue caratteristiche quantistiche, che potrebbero rendere la BSV interessante per il trasporto di informazioni quantiche,” ha spiegato Chekhova. Il team del progetto ha iniziato dimostrando che la struttura della BSV era identica alla luce a due fotoni, un parente stretto della BSV. Effettuando esperimenti con la luce a due fotoni, i ricercatori hanno trovato un modo per filtrare una singola modalità della BSV senza causare delle perdite significative.

Il team ha quindi esaminato varie caratteristiche quantistiche, tra cui la più importante era l’entanglement. “Per differenti stati BSV, noi abbiamo dimostrato teoricamente che l’entanglement si ridimensiona in modo esponenziale con il numero medio dei fotoni,” ha detto la dott.ssa Chekhova.

Anche se la maggior parte degli scienziati adesso accetta la validità della meccanica quantistica, vi sono ancora alcune discussioni sul fatto che solo gli oggetti microscopici si comportano in un modo veramente quantistico. Il progetto BRISQ2 ha contribuito con successo a questo dibattito, mediante l’osservazione degli effetti quantistici della luce su scala macroscopica.

Per ulteriori informazioni, consultare: Sito web del progetto BRISQ2.