Creare stati quantistici complessi e altamente entangled non richiede per forza apparecchiature sofisticate o sistemi sperimentali costosissimi. Almeno, non secondo quanto proposto da un gruppo di ricercatori della University of Chicago, che ha trovato un modo quasi disarmante nella sua semplicità per generare e controllare un’ampia gamma di stati entangled, partendo da strumenti già disponibili in moltissimi laboratori di fisica quantistica. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Physical Review X, potrebbe segnare una svolta concreta nel campo del quantum sensing e aprire strade nuove per l’esplorazione della fisica fondamentale.

Il punto di partenza è un sistema noto come cavity QED (elettrodinamica quantistica in cavità). In pratica, degli atomi vengono posizionati all’interno di una cavità ottica formata da due specchi che intrappolano la luce. Gli atomi interagiscono con questa luce confinata. Il problema classico di questi sistemi? Tutti gli atomi “parlano” con la luce esattamente allo stesso modo, il che limita parecchio la varietà di stati quantistici ottenibili. Troppa simmetria, per dirla con le parole di Aashish Clerk, professore di ingegneria molecolare e autore senior dello studio.

La soluzione trovata dal team è elegante: mentre tutti gli atomi continuano a essere pilotati dallo stesso laser, vengono utilizzati laser aggiuntivi o campi magnetici per modificare i livelli energetici degli stati eccitati di gruppi diversi di atomi. Ogni atomo viene accoppiato con un altro che presenta uno spostamento energetico uguale ma opposto. Questa modifica apparentemente banale rompe la simmetria del sistema senza comprometterne la controllabilità. Cambiando quali atomi ricevono determinati spostamenti energetici, si possono produrre stati entangled diversi senza toccare l’hardware fisico. Come ha spiegato Anjun Chu, primo autore dello studio: basta accendere i laser, aspettare che il sistema si stabilizzi, e ci si ritrova con stati quantistici che nessuno aveva mai pensato di poter ottenere in quel modo.

Sensori quantistici più robusti e applicazioni oltre il sensing

Una delle applicazioni più promettenti riguarda il quantum sensing. Gli stati quantistici entangled possono, in teoria, rilevare differenze infinitesimali nei campi magnetici o gravitazionali tra posizioni distinte. Il guaio è che sviluppare stati che siano contemporaneamente sensibilissimi e resistenti al rumore è sempre stato un rompicapo. Il sistema proposto dai ricercatori di Chicago risolve questo dilemma in modo quasi controintuitivo: due gruppi di atomi, posizionati in luoghi diversi, generano uno stato quantistico che riflette la differenza tra i campi locali e allo stesso tempo rigetta automaticamente il rumore di fondo comune a entrambe le posizioni. Si ottiene insomma un sensore estremamente preciso ma anche sorprendentemente resiliente al rumore, due qualità che normalmente non vanno d’accordo quando si parla di entanglement.

C’è di più. Lo stesso approccio è in grado di generare stati quantistici che affascinano i fisici da decenni. Un esempio è lo stato AKLT, uno stato entangled a molti corpi introdotto negli anni Ottanta per descrivere materiali magnetici insoliti. Il team ha dimostrato che il proprio setup relativamente semplice può stabilizzare anche questo stato, con possibili ricadute sia nello studio di sistemi magnetici complessi sia nel campo del calcolo quantistico.

Per ora il lavoro resta su un piano teorico, ma i ricercatori stanno già discutendo test sperimentali con altri gruppi. Stanno anche esplorando configurazioni più sofisticate per disporre gli atomi all’interno del sistema e mappare l’intera gamma di stati quantistici producibili. La ricerca è stata sostenuta da Q-NEXT, centro nazionale per la scienza dell’informazione quantistica del Dipartimento dell’Energia statunitense. Il messaggio che arriva da questo studio è piuttosto chiaro: anche prima di raggiungere il sogno di un computer quantistico universale, esistono già modi per sfruttare stati quantistici e fare cose impossibili nel mondo classico. E a volte, la chiave sta proprio nella semplicità.

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Per anni la comunità scientifica si è interrogata su un fenomeno tanto affascinante quanto sfuggente: i cosiddetti laser breather, ovvero quei laser ultraveloci che producono impulsi di luce capaci di crescere e ridursi in modo ritmico, quasi come se stessero davvero respirando. Ora un team internazionale di ricercatori, con il contributo della Aston University, ha finalmente trovato una spiegazione unificata a questo comportamento anomalo, pubblicando i risultati sulla rivista Physical Review Letters il 21 maggio 2026.

Il punto è questo: i laser ultraveloci generano impulsi di luce brevissimi, nell’ordine dei picosecondi o dei femtosecondi, e vengono già utilizzati in campi che vanno dalla chirurgia oculare alla produzione industriale di precisione. Dentro questi dispositivi, gli impulsi luminosi viaggiano ripetutamente attraverso una struttura chiamata cavità laser. In determinate condizioni, questi impulsi formano pacchetti d’onda stabili noti come solitoni, che a differenza della luce ordinaria non si disperdono durante il percorso. Di solito i solitoni si comportano in modo prevedibile, come un battito cardiaco regolare. Ma nei laser breather succede qualcosa di diverso: gli impulsi cambiano continuamente, si espandono e si contraggono a ogni passaggio nella cavità, generando un’oscillazione che ricorda proprio un atto respiratorio.

Due comportamenti diversi, un unico modello

Il vero grattacapo per i fisici era che i laser breather mostravano due regimi di funzionamento radicalmente differenti. Quando il laser opera sopra la soglia minima di potenza necessaria a mantenere l’emissione degli impulsi, i solitoni oscillano rapidamente, completando il ciclo di “respirazione” in pochi passaggi nella cavità. Sotto quella soglia, invece, il processo diventa drammaticamente più lento: possono servire centinaia, addirittura migliaia di passaggi per completare un singolo ciclo.

Fino a oggi servivano due modelli matematici separati per descrivere queste due situazioni. Il nuovo studio cambia le carte in tavola. Il gruppo di ricerca, che include la dottoressa Sonia Boscolo dell’Aston Institute of Photonic Technologies, ha sviluppato un framework matematico unico che riesce a catturare entrambi i comportamenti in una sola simulazione. Una cosa che fino a poco tempo fa veniva considerata sostanzialmente impossibile.

Come funziona il nuovo framework e perché conta

La chiave della scoperta sta nell’aver combinato due fattori che prima venivano trattati separatamente: l’evoluzione rapida della luce all’interno della cavità e le variazioni più lente che avvengono nel mezzo di guadagno del laser, cioè la parte che fornisce energia agli impulsi. Mettendo insieme questi due processi, i ricercatori hanno dimostrato che i due tipi di “respirazione” non sono fenomeni distinti, ma derivano dalla stessa fisica di fondo.

In parole più semplici: sotto soglia il comportamento emerge da una combinazione di Q switching e modellamento dei solitoni, mentre sopra soglia entrano in gioco la nonlinearità di Kerr e la dispersione. Due meccanismi diversi, ma finalmente compresi all’interno di un quadro coerente.

Le ricadute pratiche non sono da sottovalutare. Chi progetta sistemi ottici avanzati potrà contare su uno strumento predittivo molto più efficiente, senza dover ricorrere a simulazioni multiple e scollegate tra loro. I laser breather, con il loro comportamento prima misterioso, potrebbero diventare la base per la prossima generazione di tecnologie laser applicate alla medicina, all’imaging biomedico e alla manifattura di precisione. Una di quelle scoperte che sembrano astratte sulla carta, ma che hanno il potenziale di cambiare parecchie cose nel mondo reale.

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La piramide di Menkaure torna a far parlare di sé, e questa volta il motivo è davvero notevole. Un gruppo di ricercatori ha individuato due cavità piene d’aria nascoste dietro la facciata orientale della terza piramide di Giza, alimentando un sospetto che circolava da anni: potrebbe esserci un secondo ingresso, ancora sconosciuto, in quel punto della struttura. La scoperta arriva dal progetto ScanPyramids, una collaborazione internazionale che coinvolge l’Università del Cairo e la Technical University of Munich, ed è stata pubblicata nel mese di aprile 2026.

A rendere tutto più affascinante è il metodo utilizzato. Niente scavi, niente danni alla struttura millenaria. Il team ha sfruttato tecniche non invasive come il radar a penetrazione del suolo, gli ultrasuoni e la tomografia a resistività elettrica. Combinando i dati raccolti da ciascun metodo, i ricercatori sono riusciti a localizzare le due cavità con una precisione sorprendente: la prima si trova a circa 1,4 metri di profondità rispetto alla parete esterna, l’altra a 1,13 metri. Le dimensioni non sono enormi, parliamo di circa un metro per un metro e mezzo nel primo caso e poco meno nel secondo, ma la loro posizione racconta parecchio.

Quel tratto di granito troppo liscio per essere casuale

La facciata orientale della piramide di Menkaure ha sempre incuriosito gli studiosi. Esiste un blocco di granito, alto circa quattro metri e largo sei, che appare levigato e rifinito in modo anomalo. Una finitura del genere, nella piramide, si trova solo in corrispondenza dell’ingresso principale sul lato nord. Già nel 2019 il ricercatore Stijn van den Hoven aveva ipotizzato che quel tratto nascondesse un secondo ingresso. Ora le nuove scansioni danno corpo a quella teoria, trasformandola da intuizione in qualcosa di molto più concreto.

Un ruolo fondamentale lo ha giocato la tecnica chiamata Image Fusion, che integra le misurazioni provenienti da strumenti diversi in un unico quadro coerente. È grazie a questo approccio che è stato possibile confermare non solo l’esistenza, ma anche le dimensioni e la profondità precisa dei vuoti. Christian Grosse, professore di test non distruttivi alla TUM, ha definito il risultato un passo avanti significativo, sottolineando come la metodologia sviluppata permetta di trarre conclusioni molto precise senza intaccare strutture dal valore inestimabile.

Una collaborazione che guarda al futuro delle piramidi di Giza

Il lavoro sulla piramide di Menkaure è stato condotto sotto la supervisione del Consiglio Supremo delle Antichità egiziane e del Ministero del Turismo e delle Antichità dell’Egitto. Oltre all’Università del Cairo e alla TUM, hanno partecipato la Portland State University, Dassault Systèmes e l’Heritage Innovation Preservation Institute, con il supporto finanziario di diversi enti internazionali.

Per il progetto ScanPyramids non è la prima volta: già nel 2023 era stato confermato un corridoio nascosto all’interno della Piramide di Cheope. Ora la sfida si sposta sulla piramide più piccola del complesso di Giza, e il prossimo obiettivo sembra chiaro: capire se quelle cavità conducano effettivamente a un passaggio ancora inesplorato. Dopo millenni, queste piramidi continuano a custodire segreti, e la tecnologia moderna sta finalmente trovando il modo di ascoltarli senza dover bussare troppo forte.

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Un gruppo di ricercatori ha trovato un modo ingegnoso per potenziare i semiconduttori ultrasottili senza modificare il materiale stesso, ma intervenendo sullo spazio che sta sotto di esso. L’idea è tanto semplice quanto brillante: invece di alterare la composizione chimica dello strato semiconduttore, si cambia la geometria del supporto su cui poggia. Il risultato è un salto enorme nelle prestazioni ottiche, qualcosa che fino a poco tempo fa sembrava fuori portata per dispositivi così incredibilmente sottili.

Nel dettaglio, gli scienziati hanno posizionato un singolo strato atomico di disolfuro di tungsteno sopra minuscole cavità d’aria scavate all’interno di un cristallo. Queste cavità funzionano come vere e proprie trappole per la luce, capaci di concentrare l’energia luminosa esattamente nel punto in cui si trova il materiale attivo. Il concetto ricorda un po’ quello di una lente d’ingrandimento, solo che qui tutto avviene su scala nanometrica, con una precisione che fa impressione.

Cosa sono le Mie voids e perché cambiano le regole del gioco

Le strutture cave utilizzate in questo studio vengono chiamate Mie voids, un termine che fa riferimento alla teoria della diffusione di Mie applicata a vuoti microscopici anziché a particelle solide. Ed è proprio qui che sta la novità. Normalmente, quando si lavora con materiali spessi appena un atomo, il problema principale è che interagiscono pochissimo con la luce. Troppo sottili per catturarne abbastanza, troppo fragili per essere modificati senza comprometterne le proprietà. Le Mie voids aggirano questo ostacolo creando un effetto di risonanza ottica localizzata, che amplifica enormemente il segnale luminoso.

I numeri parlano chiaro: l’emissione luminosa risulta fino a 20 volte più intensa rispetto alla stessa configurazione senza cavità, mentre i segnali non lineari, quelli legati a fenomeni ottici più complessi e utili per applicazioni avanzate, vengono amplificati fino a 25 volte. Sono valori che trasformano un materiale apparentemente limitato in qualcosa di estremamente potente dal punto di vista fotonico.

Prospettive per i dispositivi di nuova generazione

Quello che rende questa scoperta particolarmente interessante è la sua eleganza concettuale. Non si tratta di ingegnerizzare nuovi materiali esotici o di aggiungere strati complicati. Si tratta di ripensare il substrato, cioè la base su cui il semiconduttore viene depositato. Una strategia che potrebbe rivelarsi scalabile e relativamente economica, due caratteristiche fondamentali quando si parla di portare una tecnologia dal laboratorio alla produzione reale.

I semiconduttori ultrasottili, e in particolare i materiali bidimensionali come il disolfuro di tungsteno, sono al centro di moltissime ricerche nel campo della fotonica e dell’optoelettronica. Sensori ultrasensibili, sorgenti luminose miniaturizzate, dispositivi per le comunicazioni quantistiche: le applicazioni potenziali sono numerose. Ma finora la scarsa interazione con la luce rappresentava un collo di bottiglia significativo. Questo approccio basato sulle cavità d’aria potrebbe essere esattamente il tassello mancante per sbloccare il vero potenziale di questi materiali.

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