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Compressione e decompressione fotonica dell'informazione quantistica

Compressione e decompressione fotonica dell'informazione quantistica

Il mondo moderno si basa sempre più sulla nostra capacità di gestire, trasmettere e processare l'informazione. Mentre le tecnologie classiche dell'informatica si stanno oggi avvicinando sempre più ai loro limiti fondamentali, nei laboratori di ricerca si stanno sviluppando le tecnologie del futuro. Tra la più promettenti, c'è la tecnologia dell'informazione quantistica, che sfrutta le sorprendenti proprietà del mondo quantistico che governa gli atomi e le particelle elementari per eseguire operazioni che sarebbero impossibili secondo le leggi della fisica classica, come ad esempio proteggere l'informazione codificata in modo assolutamente inviolabile (crittografia quantistica) oppure processarla in modo molto più rapido di quanto sarebbe possibile con un computer classico (computazione quantistica).

La trasmissione dell'informazione quantistica è oggi prevalentemente eseguita utilizzando fotoni, ossia le particelle fondamentali della luce. Di norma, ogni fotone trasporta l'equivalente quantistico di un singolo bit d'informazione, il cosiddetto "qubit", che può valere "zero" o "uno" oppure trovarsi in un particolare stato quantistico che coinvolge entrambi i valori. E' però possibile anche fare in modo che uno stesso fotone trasporti più di un qubit alla volta, utilizzando diverse proprietà fisiche della luce come ad esempio la polarizzazione, la lunghezza d'onda, o la forma d'onda. Per far questo, i fotoni che trasportano più qubit simultaneamente vengono generati direttamente in questo
stato. Fino ad oggi, non era invece possibile trasferire l'informazione quantistica inizialmente scritta in due o più fotoni distinti ad un solo fotone.

Questo passaggio, una sorta di "compressione quantistica" per cui l'informazione inizialmente scritta in un certo numero di fotoni viene trasferita in un numero più piccolo di fotoni, senza perderla, è stato dimostrato per la prima volta da un team diretto da Lorenzo Marrucci, dell'Università di Napoli Federico II, e da Fabio Sciarrino, di Roma La Sapienza, come riportato in un articolo appena apparso nella rivista scientifica Nature Photonics. Di questo risultato dà notizia anche la rivista Nature. Il team ha anche proposto un metodo per realizzare il processo inverso, ossia la "decompressione" dell'informazione quantistica.

Questo esperimento ha sia implicazioni di fisica fondamentale, trattandosi del primo processo mai dimostrato che modifica il numero di fotoni preservandone lo stato quantistico complessivo, che importanti prospettive applicative, inserendosi tra gli strumenti fondamentali della futura tecnologia delle reti informatiche quantistiche.
La ricerca è stata finanziata dal progetto europeo "Phorbitech", nell'ambito del programma europeo denominato Future Emerging Technologies (FET).


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