CRONACA

Determinare l’indeterminabile

Un nuovo metodo valido per un ampio spettro di applicazioni nel campo dell’ottica quantistica e di altre tecnologie quantistiche permette di definire con precisione le caratteristiche di un insieme di sistemi quantistici.

NOTIZIE – Siamo nel campo della tomografia quantistica. Cioè quella tecnica che permette di determinare con esattezza uno stato quantistico ignoto, in vista ad esempio di applicazione in qualche protocollo delle tecnologie quantistiche, effettuando una misura su un insieme di sistemi quantistici identici (perché, ad esempio, provenienti dalla stessa sorgente). Nella meccanica quantistica quando si effettua una misura su un sistema, il sistema viene perturbato dall’atto stesso della misura che ne altera lo stato. A causa di tale perturbazione e del principio di indeterminazione non si può ricostruire completamente lo stato di un singolo sistema quantistico. La tomografia quantistica si pone lo scopo di definire con esattezza lo stato di un sistema, qualora di disponga di un insieme (minimo) di stati identici. Può essere usata per determinare le caratteristiche di segnali ottici o per definire in modo esatto gli stati dei qubit, gli elementi minimi alla base del calcolo dei computer quantistici e dell’informatica quantistica (così come i bit lo sono per i computer normali).

Come sempre, quando si parla di meccanica quantistica e delle applicazioni correlate a questa disciplina, sembra di sconfinare nella fantascienza. Invece le applicazioni sono ormai quasi alla portata di tutti e comunque laboratori di tutto il mondo sono impegnati a mettere a punto nuove tecnologie che potranno fra non molto cambiare lo scenario in molti settori lavorativi, tecnologici e della vita quotidiana.

“In estrema sintesi, mentre lo stato di un sistema classico può essere ricostruito con un insieme di misure sulle osservabili che lo caratterizzano, nel caso di un sistema quantistico, a causa dell’esistenza di variabili incompatibili (quali posizione e quantità di moto), ciò non può essere fatto, — spiega Marco Genovese dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino e uno degli autori della ricerca. — Si deve quindi misurare su un insieme di stati eguali un insieme sufficiente di osservabili, detto quorum, e quindi ricostruire la matrice densità che descrive lo stato a partire da queste.”

Oltre alle difficoltà insite nel trattare sistemi quantistici, qui si aggiunge il fatto che non esiste un metodo univoco per determinare le caratteristiche di un insieme di sistemi quantistici, né ce n’è uno che sia migliore degli altri in tutti i casi. Ogni volta si tratta di trovare una nuova strada da percorrere.

“Dato che gli stati quantistici sono ora considerati una risorsa per le tecnologie quantistiche, emerge sovente la necessità di una loro precisa caratterizzazione, — continua Marco Genovese. — Nel nostro lavoro dimostriamo come si possa a priori decidere qual è il migliore metodo tomografico da applicare in una data situazione, dimostrando sperimentalmente la bontà dell’idea.”

Il metodo fornisce in anticipo delle indicazioni sull’incertezza che può essere raggiunta in una certa configurazione sperimentale da un determinato schema tomografico. Il metodo, che ha caratteristiche generali, può essere applicato a qualunque insieme di stati quantistici e insiemi di misure. La ricerca è il frutto di una collaborazione italo-russa ed è stata pubblicata sulla rivista Physical Review Letters (PRL 105, 010404 (2010))

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