La luce ha una sua forma

forma luce

Anche la luce ha una forma. Come l'acqua, assume quella del corpo/contenitore che la ospita. A scoprirlo sono stati i ricercatori dell'Istituto nazionale di ottica del Cnr che sono riusciti a misurare la complessa forma temporale di un singolo quanto di eccitazione.

Guidati da Marco Bellini e da Alessandro Zavatta, il team di ricerca ha utilizzato una tecnica che unisce per la prima volta concetti dell'ottica quantistica e di quella ultraveloce, adatta a misurare e analizzare la forma di stati quantistici luminosi della durata di poche decine di femtosecondi.

"Per esempio, un singolo fotone, che corrisponde al riempimento del ‘contenitore' con un solo quanto di eccitazione, può assumere infinite forme diverse a seconda del modo che occupa", ha spiegato Marco Bellini, responsabile del gruppo Ino-Cnr che ha svolto la ricerca, "e la maggior parte delle possibili applicazioni delle proprietà quantistiche della luce a nuove tecnologie quali comunicazione, computazione o metrologia quantistica dipende dalla perfetta conoscenza di tale forma".

Conoscere questo aspetto della luce serve ad operare sui suoi stati quantistici. "Il nostro team di ricerca ha mostrato come copiare fedelmente il modo temporale di un fotone ultracorto su quello di un impulso luminoso classico, così da poterlo misurare in dettaglio con tecniche standard", continua Bellini. "Per farlo, abbiamo utilizzato un algoritmo genetico, cioè una procedura sperimentale che fa ‘evolvere' per mutazioni e riproduzioni un gruppo casuale, affinché si adatti alle condizioni ambientali attraverso generazioni successive".

Ma la scoperta ha ulteriori risvolti. Secondo, i ricercatori Ino-Cnr oltre ad aver ricostruito le strutture temporali di singoli fotoni è stato dimostrato anche come utilizzare questa capacità per nuovi schemi di codifica dell'informazione quantistica. "La tecnica consente di misurare il singolo fotone anche quando assume simultaneamente più forme distinte", aggiunge il ricercatore. "Se si assegnano alle varie forme assumibili dal fotone le diverse lettere dell'alfabeto, saremo poi in grado di leggere non soltanto tali lettere, ma anche tutte le loro sovrapposizioni quantistiche. La possibilità di utilizzare un alfabeto composto da molte lettere e dalle loro sovrapposizioni coerenti, per la comunicazione quantistica, offrirebbe enormi vantaggi rispetto agli schemi standard di codifica basati su ‘qubit', cioè su un ‘alfabeto' con due soli possibili stati di polarizzazione della luce."

Secondo l'esperto, in questo modo si aprono interessanti prospettive per una migliore comprensione e analisi del comportamento quantistico della luce, ma anche nella sua veste applicativa, nella realizzazione di tecnologie quantistiche "sempre più sicure, efficienti e innovative".

La sua velocità rimane ancora un mistero inafferrabile ma la sua forma ormai ha ben pochi segreti.

La ricerca è in corso di pubblicazione su Physical Review Letters.

Francesca Mancuso

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