Un importante esperimento condotto dall’Università di Linköping ha confermato un legame fondamentale tra la meccanica quantistica e la teoria dell’informazione, aprendo nuove prospettive per la tecnologia quantistica e la comunicazione sicura.
I ricercatori dell’ateneo svedese, insieme ai loro collaboratori, hanno recentemente validato una teoria formulata più di dieci anni fa che collega il concetto di complementarietà, pilastro della meccanica quantistica, con la teoria dell’informazione. Lo studio, pubblicato su Science Advances, fornisce importanti spunti per il futuro della comunicazione quantistica, della metrologia e della crittografia.
Guilherme B. Xavier, esperto in comunicazione quantistica presso l’Università di Linköping
sottolinea che i risultati ottenuti non hanno ancora un’applicazione immediata, ma gettano le basi per le future tecnologie nell’ambito dell’informazione quantistica e dei computer quantistici. Xavier evidenzia il vasto potenziale di scoperte innovative in diversi settori di ricerca, derivante da questo studio pionieristico.
Comprendere l’importanza dell’esperimento
Per comprendere appieno l’importanza di quanto dimostrato dai ricercatori, è necessario fare un passo indietro. La dualità onda-particella, che caratterizza la luce e altre particelle elementari, rappresenta uno dei concetti più intriganti e fondamentali della meccanica quantistica. Questa teoria affonda le sue radici nel 17° secolo, quando Isaac Newton avanzò l’ipotesi che la luce fosse costituita da particelle, mentre altri studiosi propendevano per la natura ondulatoria della luce. Fu solo nel 19° secolo che si dimostrò sperimentalmente la natura ondulatoria della luce, ma solo nel 20° secolo si comprese che la luce poteva essere sia onda che particella, come suggerito da Newton.
Il principio di complementarietà
Il principio di complementarietà, formulato da Niels Bohr negli anni ’20, stabilisce che la luce e altre particelle elementari possono manifestarsi sia come onde che come particelle, ma non contemporaneamente. Questo concetto è stato ulteriormente approfondito da un team di ricerca di Singapore nel 2014, che ha dimostrato una connessione tra la complementarietà e l’incertezza entropica in un sistema quantistico.
Conferma sperimentale della teoria
I ricercatori dell’Università di Linköping, insieme a colleghi provenienti da Polonia e Cile, hanno ora confermato sperimentalmente questa teoria, utilizzando un innovativo esperimento che coinvolge fotoni in movimento circolare, noto come momento angolare orbitale. Questo approccio, diverso dal movimento oscillante tradizionale, offre nuove prospettive per applicazioni pratiche grazie alla maggiore capacità informativa del momento angolare orbitale.
Utilizzo di un interferometro
L’esperimento si basa sull’utilizzo di un interferometro, strumento comune nella ricerca scientifica, che consente di misurare i fotoni come onde o particelle a seconda delle impostazioni del dispositivo. La peculiarità di questo allestimento sperimentale risiede nella possibilità di misurare la luce come onde, particelle o una combinazione delle due, nello stesso esperimento. I risultati ottenuti potrebbero avere importanti ricadute nella comunicazione quantistica, nella metrologia e nella crittografia, aprendo la strada a nuove scoperte e applicazioni nel campo della fisica quantistica.
Prospettive future
Daniel Spegel-Lexne, dottorando presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e coautore dello studio, sottolinea l’entusiasmo per le future ricerche, che potrebbero portare a nuove applicazioni pratiche, come la distribuzione sicura di chiavi crittografiche. Il lavoro dei ricercatori di Linköping rappresenta un importante passo avanti nella comprensione del comportamento quantistico di base e apre nuove prospettive per l’applicazione pratica di tali conoscenze.
Il loro studio, intitolato “Dimostrazione sperimentale dell’equivalenza dell’incertezza entropica con la dualità onda-particella”, pubblicato su Science Advances il 6 dicembre 2024, getta le basi per futuri sviluppi nel campo della fisica quantistica e della tecnologia dell’informazione.
Links:
