Un amplificatore perfetto per le comunicazioni quantistiche del futuro

L'amplificazione di un segnale è alla base di qualsiasi sistema di misura ed è particolarmente importante per il trattamento dell'informazione nei sistemi di comunicazione. La meccanica quantistica impone però dei limiti fondamentali alla capacità di produrre un segnale amplificato perfettamente fedele all'originale. Qualsiasi processo di amplificazione introduce infatti una piccola parte di rumore assolutamente inevitabile. Anche se tale effetto è quasi completamente trascurabile per segnali sufficientemente intensi, le cose cambiano molto quando i segnali da amplificare sono estremamente deboli. In queste situazioni il disturbo causato dall'amplificazione può alterare così tanto i segnali da renderli praticamente inutilizzabili. È il caso degli schemi di comunicazione intrinsecamente sicuri basati sulla cosiddetta crittografia quantistica, o della propagazione dei segnali tra i vari componenti di un futuro calcolatore quantistico. Tentando di amplificare gli stati quantistici utilizzati in queste situazioni si finirebbe infatti col pregiudicare irrimediabilmente il funzionamento dell'intero sistema. In questo articolo si descrive la prima realizzazione di un amplificatore perfetto capace di amplificare l'intensità di stati quantistici luminosi senza introdurre alcun rumore aggiuntivo. Il trucco per infrangere le rigide leggi della meccanica quantistica consiste nell'accontentarsi di ottenere la perfezione soltanto in una piccola percentuale dei tentativi effettuati. Dato che tali eventi sono comunque ben identificabili, è possibile selezionarli per ottenere sempre segnali amplificati in modo perfetto. Questo eccezionale risultato sperimentale è basato su tecniche messe a punto all'Istituto Nazionale di Ottica del CNR di Firenze per l'aggiunta e la sottrazione controllata di singoli fotoni, le ‘particelle' fondamentali e indivisibili da cui è costituita la luce. L'accuratissima manipolazione della luce al livello dei singoli fotoni è quindi l'ingrediente fondamentale per la realizzazione di questo ‘amplificatore hi-fi quantistico', che ha battuto ogni record in termini di riduzione delle distorsioni. Utilizzando tale sistema si potranno effettuare nuovi tipi di misure ultrasensibili, realizzare ripetitori quantistici per ricostruire i più deboli impulsi delle reti di comunicazione, e amplificare il cosiddetto ‘entanglement', la particolare forma di correlazione tra particelle distanti che è alla base dei concetti più avanzati di computer quantistico

Autori: A. Zavatta, J. Fiurasek, and M. Bellini

Titolo: A high-fidelity noiseless amplifier for quantum light states

Rivista: Nature Photonics

Anno: 2010

Riferimenti bibliografici: (2011), pp. 52-56