La luce del Sole entra nell’era quantistica: creati fotoni entangled senza laser

Un esperimento dell’Università di Ottawa utilizza per la prima volta direttamente la luce solare per generare coppie di fotoni correlate quantisticamente. Una strada promettente per satelliti, comunicazioni sicure e dispositivi sempre più piccoli
Una delle risorse più abbondanti nello spazio, la luce del Sole, potrebbe diventare anche uno strumento per le tecnologie quantistiche del futuro.
Un gruppo di ricercatori guidato da Cheng Li, dell’University of Ottawa, ha dimostrato la possibilità di generare coppie di fotoni entangled utilizzando la luce solare al posto della tradizionale sorgente laser.
Il lavoro, pubblicato sulla rivista scientifica Optica, apre prospettive particolarmente interessanti per quelle applicazioni nelle quali dimensioni, peso e disponibilità energetica costituiscono limiti fondamentali: a cominciare dai satelliti e dalle comunicazioni quantistiche spaziali.
Cos’è l’entanglement
L’entanglement è uno dei fenomeni più sorprendenti della meccanica quantistica.
Due particelle possono essere preparate in uno stato quantistico comune nel quale le loro proprietà risultano correlate in un modo che non può essere spiegato dalla fisica classica, anche quando vengono successivamente separate da grandi distanze.
È il fenomeno che Albert Einstein descrisse polemicamente come una sorta di “azione spettrale a distanza”.
Attenzione però a un equivoco frequente: l’entanglement non permette di trasmettere informazioni istantaneamente più veloci della luce.
Le correlazioni quantistiche rappresentano invece una risorsa fondamentale per tecnologie come comunicazioni quantistiche, crittografia e reti quantistiche.
La rilevanza scientifica di questi fenomeni è stata consacrata anche dal Premio Nobel per la Fisica 2022, assegnato ad Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger per gli esperimenti sui fotoni entangled e la scienza dell’informazione quantistica.
Dal laser direttamente al Sole
La vera innovazione dell’esperimento canadese riguarda la sorgente utilizzata.
Tradizionalmente, per produrre coppie di fotoni entangled si impiegano sorgenti laser opportunamente controllate.
I ricercatori hanno invece concentrato la luce solare all’interno di una struttura cristallina microscopica, riuscendo a ottenere le coppie di fotoni necessarie all’esperimento quantistico.
Il principio può sembrare semplice, ma rappresenta un passaggio tecnologicamente significativo.
Come ha spiegato Alessandro Zavatta, ricercatore dell’Istituto Nazionale di Ottica del CNR, il punto fondamentale è avere sostituito la sorgente laser con una sorgente già gratuitamente disponibile in natura: il Sole.
Perché nello spazio può diventare importante
In un laboratorio terrestre eliminare un laser non rappresenta necessariamente una rivoluzione pratica. I laser sono strumenti consolidati, controllabili e molto efficienti.
La situazione cambia radicalmente quando una tecnologia deve essere portata nello spazio.
Su un satellite ogni componente conta.
Peso, dimensioni, consumi energetici, dissipazione termica e affidabilità possono determinare la fattibilità di un’intera missione.
Se una sorgente quantistica potesse utilizzare direttamente l’energia luminosa già disponibile nello spazio, sarebbe possibile in prospettiva ridurre alcuni componenti necessari alla generazione dei fotoni entangled.
Satelliti e comunicazioni quantistiche
Ed è qui che l’esperimento diventa particolarmente interessante.
Uno dei grandi obiettivi della ricerca internazionale è costruire reti di comunicazione quantistica su grandi distanze, utilizzando anche satelliti come nodi della futura infrastruttura.
I fotoni entangled possono essere impiegati in protocolli di distribuzione quantistica delle chiavi, nei quali eventuali tentativi di intercettazione possono essere rilevati attraverso le proprietà della meccanica quantistica.
Non significa automaticamente ottenere una generica “crittografia inviolabile”: sicurezza concreta e affidabilità dipendono dal protocollo, dai dispositivi e dalla loro implementazione.
Ma la possibilità di produrre entanglement sfruttando una fonte naturale apre una nuova strada alla progettazione di sistemi più compatti.
Dal satellite all’orologio
La miniaturizzazione potrebbe essere altrettanto importante sulla Terra.
Zavatta evidenzia infatti uno scenario ancora più ambizioso: portare progressivamente alcuni componenti delle tecnologie quantistiche verso dimensioni tali da consentirne l’integrazione in dispositivi portatili, smartphone o wearable.
Quando un sistema deve occupare pochi micron o essere integrato in un oggetto indossabile, ridurre componenti e necessità di alimentazione diventa decisivo.
È ancora una prospettiva di ricerca, non un prodotto pronto ad arrivare sui nostri telefoni. Ma indica chiaramente la direzione.
Il Sole come componente di una futura rete quantistica
La scoperta non manda dunque in pensione il laser, che continuerà a essere indispensabile in moltissime applicazioni quantistiche.
Dimostra qualcosa di diverso e forse più interessante: una sorgente naturale e incoerente come la luce solare può essere utilizzata per alimentare un processo capace di produrre entanglement.
È un cambio di prospettiva.
La luce che alimenta pannelli solari e rende possibili le missioni spaziali potrebbe, in futuro, contribuire anche alla generazione dell’informazione quantistica necessaria alle comunicazioni del domani.
Dal Sole ai satelliti, e forse un giorno fino ai dispositivi che portiamo al polso: la frontiera quantistica potrebbe avere trovato una nuova sorgente proprio nella più antica fonte di energia che conosciamo.