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Ricerca, realizzata in Italia la prima interferenza di singoli fotoni da satellite

Università di Padova e Agenzia Spaziale Italiana hanno realizzato il primo esperimento che dimostra l'interferenza su distanze di migliaia di chilometri. L'esperimento apre nuovi scenari di verifica di leggi fondamentali della Fisica e nuove possibilità di comunicazione sicura

La dimostrazione che un singolo quanto di luce (fotone) è in grado di interferire con se stesso rappresenta una delle verifiche più importanti e sorprendenti della validità della teoria quantistica. In questo contesto, il risultato ottenuto dai ricercatori italiani pone un nuovo record nello studio dell’interferenza di singoli fotoni su grandi distanze, realizzando il primo esperimento di interferenza a singolo fotone oltre l’atmosfera terrestre.

LA RICERCA. Il recente esperimento è frutto della collaborazione tra il dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’università di Padova e il centro di Geodesia spaziale dell’ASI a Matera. Il team di ricerca, guidato dal professor Paolo Villoresi, è stato in grado di dimostrare l’interferenza tra due possibili cammini che un singolo fotone, può scegliere dopo una propagazione di migliaia di chilometri. "In particolare, due diversi cammini che portano ad un rivelatore di fotoni sono creati dividendo un impulso luminoso in due e facendo propagare le due parti per lunghezze diverse prima di inviarle nello spazio. Il ritardo, pari a tre nanosecondi, o miliardesimi di secondo, equivale ad uno sbilanciamento dei cammini di un metro. Lo stato composto da queste due parti viene diretto verso un satellite equipaggiato con specchi retro-riflettenti, in orbita sopra l’osservatorio Mlro". La ricerca ha permesso di identificare chiaramente l’effetto di interferenza dei fotoni rivelati. Inoltre, il fatto di aver osservato questo effetto lungo un canale dell’ordine di 5mila chilometri mostra che la coerenza delle due parti si preserva su queste distanze. Da questo si può concludere che non si sono rilevanti ostacoli ad applicazioni più avanzate di test fondamentali di meccanica quantistica su questa scala e alla comunicazione sicura, messa in atto grazie alla Quantum-Key-Distribution, su scala globale.


SICUREZZA INFORMATICA. "Il risultato appena raggiunto – conclude il professor Villoresi - rappresenta un passo in avanti nella verifica delle predizioni fisica quantistica, e si aggiunge ai recenti successi ottenuti dallo stesso gruppo di ricerca. Risale infatti alla fine dell’anno scorso la dimostrazione della prima trasmissione di uno stato quantistico da un satellite a circa 1.700 km di distanza. Questo primo risultato è stato poi seguito all’inizio di quest’anno dalla prima ricezione di singoli fotoni da satelliti con una distanza superiore a 7mila chilometri". Questa serie di successi, oltre a stabilire un record mondiale nelle comunicazioni quantistiche satellitari, rappresenta un cruciale passo in avanti verso l’implementazione di tecnologie quantistiche per la sicurezza informatica. lo studio Interference at the single photon level along satellite-ground channels è stato recentemente pubblicato su "Physical Review Letters".

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