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Un gruppo di ricercatori è riuscito a generare entanglement quantistico partendo dalla semplice luce del Sole, un risultato che fino a poco tempo fa sembrava riservato ai laser più potenti e più energivori. La scoperta, pubblicata sulla rivista Optica, apre uno scenario piuttosto interessante per chi lavora nel campo delle tecnologie quantistiche, perché lascia intravedere sistemi più sostenibili e alla portata di più applicazioni. In pratica, la luce naturale abbondante nello spazio potrebbe diventare la materia prima per costruire chiavi di crittografia sicure, senza tirarsi dietro tutta la strumentazione ingombrante che serve oggi.
Il punto di partenza è un problema molto concreto. Buona parte delle tecnologie quantistiche attuali si appoggia a laser che consumano parecchia elettricità. Man mano che questi sistemi crescono e si diffondono, il conto energetico rischia di diventare un bel grattacapo. Cheng Li, tra i protagonisti dello studio all’Università di Ottawa, spiega che l’entanglement è alla base di applicazioni come la comunicazione sicura, il rilevamento ultrapreciso e il calcolo ad alte prestazioni. Mostrare che una fonte naturale e diffusa come il Sole può reggere lo stesso ruolo significa immaginare tecnologie più efficienti e più accessibili.
Come si costruisce l’entanglement con la luce solare
Per decenni si è pensato che le forti correlazioni necessarie all’entanglement dei fotoni richiedessero luce coerente, quella in cui le onde restano sincronizzate e i loro picchi seguono uno schema prevedibile. I laser servono proprio a questo, perché producono luce coerente concentrata su un solo colore. Il gruppo di Robert Boyd aveva già iniziato a incrinare questa certezza, dimostrando prima sulla carta e poi in laboratorio che anche la luce incoerente può generare entanglement, usando un LED per ottenere fotoni correlati nella polarizzazione.
Il nuovo lavoro spinge il concetto oltre, sostituendo il LED con la luce del Sole. Una sfida ben più dura, perché la luce solare si sparpaglia in mille direzioni e contiene uno spettro ampio di colori. Il metodo scelto è la conversione parametrica spontanea, un processo ottico in cui un fascio pompa attraversa un cristallo non lineare e i singoli fotoni si dividono in coppie che possono entrare in entanglement. Al posto del classico laser, il sistema è stato alimentato con luce solare fortemente polarizzata ma allo stesso tempo molto incoerente nello spazio e nel tempo.
Restava l’ostacolo pratico di portare abbastanza luce su un cristallo minuscolo, grande appena un millimetro. Il team di Hanieh Fattahi, al Max Planck Institute for the Science of Light in Germania, ha risolto con un concentratore solare interamente in vetro, a forma di cono. Il sistema raccoglie la luce con una lente di Fresnel grande più o meno come la finestra di casa e la incanala in una fibra ottica larga quanto un capello umano.
Un risultato che ha battuto lo scetticismo
Durante un esperimento all’aperto al Max Planck, i ricercatori hanno analizzato lo stato quantistico con la tomografia e hanno trovato che l’entanglement prodotto dal Sole era simile per circa 94% a uno stato perfettamente entangled. I fotoni mostravano inoltre correlazioni che violano la disuguaglianza di Bell, un dettaglio tutt’altro che secondario, perché quel tipo di correlazioni non trova spiegazione nella fisica classica e conferma che si trattava di entanglement genuino.
L’esperimento si è basato sulla conversione parametrica spontanea, ma secondo il gruppo l’approccio potrebbe funzionare anche con altre tecniche ottiche non lineari, come il mescolamento a quattro onde. Ora l’obiettivo è portare la brillantezza più in alto e migliorare ulteriormente la qualità dell’entanglement, per arrivare a un sistema utilizzabile fuori dal laboratorio.
Non è stato un percorso liscio. Come racconta Li, l’idea ha incontrato dubbi e resistenze fin dall’inizio, con ricercatori di fama che mettevano in discussione persino la possibilità di rilevare qualche fotone da un processo ottico non lineare alimentato dal Sole, figurarsi fotoni entangled. La fiducia nei calcoli e il continuo lavoro sull’apparato sperimentale hanno però dimostrato che la cosa era fattibile.
