Il teletrasporto quantistico non è più solo roba da film di fantascienza. Un team internazionale di ricercatori, con un ruolo centrale dell’Università di Paderborn, è riuscito per la prima volta a trasferire lo stato di polarizzazione di un fotone da un quantum dot a un altro, fisicamente separato, attraverso un collegamento ottico in aria aperta lungo 270 metri. Tradotto in parole semplici: le proprietà di un fotone sono state “copiate” su un altro fotone distante, senza che nessun segnale fisico abbia percorso quella distanza nel modo tradizionale. I risultati, pubblicati sulla rivista Nature Communications, rappresentano un passo concreto verso la costruzione di una rete internet quantistica sicura e funzionale.

La cosa notevole è che questa impresa arriva dopo circa dieci anni di lavoro congiunto tra il gruppo del professor Klaus Jöns a Paderborn e quello del professor Rinaldo Trotta alla Sapienza di Roma. Non si tratta di un colpo di fortuna, ma del frutto di una strategia a lungo termine che ha combinato scienza dei materiali, nanofabbricazione e tecnologia ottica quantistica. In passato, esperimenti simili avevano sempre utilizzato fotoni provenienti dalla stessa sorgente. Qui, per la prima volta, si è riusciti a far funzionare il teletrasporto quantistico tra due emettitori indipendenti: un dettaglio che cambia tutto, perché è esattamente quello che serve per costruire dei “ripetitori quantistici” tra nodi diversi di una futura rete.

Come funziona e perché conta davvero

L’esperimento si è svolto presso la Sapienza di Roma, collegando due edifici separati con un link ottico di 270 metri all’aperto. Il sistema ha sfruttato sincronizzazione assistita da GPS, rilevatori di singoli fotoni ultrarapidi e metodi di stabilizzazione per contrastare la turbolenza atmosferica. La fedeltà dello stato teletrasportato ha raggiunto l’82%, superando il limite classico di oltre 10 deviazioni standard. Numeri che, per chi lavora nel settore, significano che il processo funziona in modo affidabile e non per caso.

Ma perché tutto questo è così importante? La risposta sta nell’entanglement, quel fenomeno per cui due particelle quantistiche restano legate tra loro indipendentemente dalla distanza. Sfruttare l’entanglement tra fotoni generati da sorgenti diverse apre la strada alla comunicazione quantistica su larga scala, con livelli di sicurezza impossibili da ottenere con le tecnologie attuali. È la base su cui poggia l’idea stessa di un internet quantistico.

Il prossimo obiettivo e il contributo europeo

Il traguardo raggiunto non è un punto di arrivo. Il prossimo passo sarà dimostrare il cosiddetto “entanglement swapping” tra due quantum dot, creando così il primo vero ripetitore quantistico basato su sorgenti deterministiche di coppie di fotoni entangled. Le sorgenti deterministiche sono capaci di produrre singoli fotoni praticamente su richiesta, una sfida tecnica enorme che i ricercatori stanno affrontando da anni.

Vale la pena sottolineare che questo risultato è stato possibile grazie a una collaborazione europea ampia: i quantum dot sono stati ingegnerizzati alla Johannes Kepler University di Linz, la nanofabbricazione dei risonatori è avvenuta all’Università di Würzburg, e gli esperimenti di teletrasporto si sono svolti a Roma. Quasi in contemporanea, un altro gruppo tra Stoccarda e Saarbrücken ha ottenuto risultati simili usando la conversione di frequenza, segno che la ricerca quantistica europea sta accelerando in modo significativo. La rete internet quantistica, insomma, non è più un concetto astratto. Sta prendendo forma, un fotone alla volta.

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Conservare enormi quantità di dati sfruttando la luce in tre dimensioni non è più fantascienza. Un gruppo di ricercatori della Fujian Normal University, in Cina, ha messo a punto un sistema di archiviazione olografica che cambia radicalmente le regole del gioco. Il lavoro, pubblicato sulla rivista Optica alla fine di marzo 2026, dimostra che è possibile codificare informazioni sfruttando contemporaneamente tre proprietà della luce: ampiezza, fase e polarizzazione. Fino a oggi, i sistemi tradizionali ne usavano al massimo due. Aggiungere la polarizzazione come canale indipendente significa, in pratica, stipare molti più dati nello stesso spazio fisico. E qui entra in scena anche l’intelligenza artificiale, che rende possibile decodificare tutto questo ben di Dio informativo in modo rapido e affidabile.

Per capire la portata della cosa, vale la pena fare un passo indietro. I sistemi di storage convenzionali, dagli hard disk ai dischi ottici, scrivono dati su superfici piatte. Lo storage olografico, invece, registra le informazioni all’interno dell’intero volume di un materiale, creando schemi di luce sovrapposti. Questo approccio aumenta enormemente la capacità di archiviazione e consente trasferimenti più veloci. Il problema, però, è sempre stato sfruttare appieno tutte le dimensioni della luce contemporaneamente. Il team guidato da Xiaodi Tan ha risolto la questione perfezionando una tecnica chiamata olografia tensoriale a polarizzazione, che preserva lo stato di polarizzazione durante la ricostruzione del dato. In questo modo la polarizzazione diventa un canale stabile e utilizzabile per immagazzinare informazioni aggiuntive.

Il ruolo dell’intelligenza artificiale nella decodifica dei dati

La parte forse più affascinante riguarda come vengono letti i dati una volta registrati. I sensori standard rilevano solo l’intensità luminosa, quindi non riescono a cogliere direttamente fase e polarizzazione. Per aggirare questo limite, i ricercatori hanno addestrato una rete neurale convoluzionale capace di ricostruire tutte e tre le dimensioni del dato partendo da semplici immagini di diffrazione. In pratica, il modello analizza due immagini complementari, una catturata con un polarizzatore verticale e una senza, e da lì risale all’informazione completa. Niente procedimenti complessi a più passaggi: la decodifica avviene in modo simultaneo, il che velocizza enormemente il processo di lettura.

Prospettive concrete e prossimi passi

Il team ha già costruito un sistema compatto in grado di registrare e ricostruire il campo ottico codificato all’interno di un materiale sensibile alla polarizzazione. I test hanno confermato che la codifica multidimensionale congiunta aumenta in modo sostanziale la quantità di informazioni trasportate da una singola pagina olografica. Tan stesso ha sottolineato come questa tecnologia potrebbe portare a data center più piccoli, sistemi di archiviazione su larga scala più efficienti e persino applicazioni nella crittografia ottica e nell’imaging avanzato.

Naturalmente, il sistema è ancora in fase di ricerca. I prossimi obiettivi includono l’aumento dei livelli di grigio nella codifica per espandere ulteriormente la capacità, il miglioramento della stabilità dei materiali di registrazione nel lungo periodo e l’integrazione con tecniche di multiplexing olografico volumetrico. Quest’ultimo passaggio permetterebbe di memorizzare più pagine e canali di dati contemporaneamente. Rafforzare il legame tra hardware ottico e algoritmi di decodifica sarà il tassello decisivo per rendere questa archiviazione olografica davvero utilizzabile in condizioni reali. Il traguardo, però, sembra oggi molto meno lontano di quanto fosse anche solo un paio di anni fa.

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Controllare la luce in tempo reale, torcendola e manipolandola con una precisione mai vista prima. Sembra fantascienza, eppure è esattamente quello che un gruppo di ricercatori di Harvard è riuscito a fare con un chip fotonico miniaturizzato capace di gestire la cosiddetta “chiralità ottica”. Il dispositivo, presentato in uno studio pubblicato sulla rivista Optica nel marzo 2026, rappresenta un passo avanti significativo per il futuro dei sensori, delle comunicazioni ottiche e delle tecnologie quantistiche.

Il cuore dell’innovazione sta in due strati di cristalli fotonici sovrapposti, realizzati in nitruro di silicio e integrati con un sistema micro elettromeccanico (MEMS). Ruotando leggermente questi due strati uno rispetto all’altro e regolando la distanza tra loro, il chip riesce a distinguere tra luce polarizzata circolarmente a destra e a sinistra. In pratica, riesce a percepire quella che gli scienziati chiamano la “manualità” della luce, un po’ come distinguere una mano destra da una sinistra. Eric Mazur, il fisico che guida il laboratorio dove il progetto è nato, ha spiegato che la chiralità è fondamentale in tantissimi campi scientifici, dalla farmaceutica alla biologia, fino alla fotonica. E il bello di questo chip fotonico è che non si limita a rilevare queste proprietà in modo statico: può essere regolato continuamente, senza dover sostituire componenti.

Perché la chiralità della luce conta davvero

Per capire quanto sia importante questa tecnologia, basta pensare a un esempio storico piuttosto drammatico. La talidomide, un farmaco degli anni Cinquanta, esisteva in due versioni molecolari speculari. Una alleviava le nausee in gravidanza, l’altra causava gravi malformazioni nei neonati. Due molecole identiche allo specchio, ma con effetti opposti. La luce chirale viene già utilizzata per studiare molecole di questo tipo, ma gli strumenti tradizionali sono rigidi e limitati nel loro raggio d’azione. Il dispositivo di Harvard cambia le regole del gioco perché è completamente sintonizzabile. Grazie al sistema MEMS, gli angoli di rotazione e le distanze tra gli strati vengono regolati con estrema precisione, permettendo al chip fotonico di raggiungere una selettività quasi perfetta nel distinguere la polarizzazione della luce.

Verso sensori più intelligenti e comunicazioni più veloci

Il team guidato dallo studente di dottorato Fan Du ha anche delineato una strategia di progettazione più ampia per creare cristalli fotonici a doppio strato con chiralità ottica controllabile. Per ora si tratta di un prototipo dimostrativo, ma le applicazioni future sono già ben delineate. Si parla di sensori chirali capaci di identificare molecole specifiche a diverse lunghezze d’onda, e di modulatori di luce dinamici per i sistemi di comunicazione ottica, dove il controllo preciso della luce avviene direttamente sul chip. Come ha sottolineato Mazur, la piattaforma non è solo potente dal punto di vista fisico, ma è anche compatibile con i processi di produzione della fotonica moderna. E questo, nel mondo della ricerca applicata, fa tutta la differenza.

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La luce più antica dell’universo nasconde un segreto che potrebbe riscrivere parte di quello che sappiamo sulla fisica fondamentale. Si chiama birifrangenza cosmica ed è una rotazione sottile, quasi impercettibile, nella polarizzazione del fondo cosmico a microonde, quella radiazione residua del Big Bang che permea tutto lo spazio. Un gruppo di ricercatori ha appena sviluppato una tecnica nuova per ridurre l’incertezza nelle misurazioni di questo fenomeno, e i risultati sono piuttosto sorprendenti: l’angolo di rotazione potrebbe essere significativamente più grande di quanto stimato finora.

Lo studio, pubblicato su Physical Review Letters nel marzo 2026, è il primo a esaminare in modo quantitativo l’incertezza legata al cosiddetto angolo di birifrangenza. A guidare la ricerca è stato Fumihiro Naokawa, dottorando presso l’Università di Tokyo, insieme a Toshiya Namikawa del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe. Le stime precedenti collocavano l’angolo di rotazione intorno a 0,3 gradi. Ma ora le cose si fanno più complicate, e anche più interessanti.

Il problema dell’ambiguità di fase (e l’analogia con l’orologio)

Per capire la questione, Naokawa ha proposto un’analogia efficace: guardare un orologio. Osservando solo la posizione delle lancette, è impossibile sapere che giorno sia. Serve sapere quante volte le lancette hanno completato il giro. Allo stesso modo, la birifrangenza cosmica presenta una ambiguità di fase di 180 gradi. Angoli come 0,3 gradi, 180,3 gradi e 360,3 gradi risultano indistinguibili osservando solo lo stato attuale della radiazione cosmica.

Il team ha scoperto che la forma dettagliata del segnale chiamato correlazione EB contiene indizi preziosi sul numero effettivo di rotazioni avvenute. Analizzando queste caratteristiche sottili, è possibile risalire all’angolo reale e superare il problema dell’ambiguità. E quando questa incertezza di fase viene considerata, la birifrangenza cosmica influenza anche un altro segnale nel fondo cosmico a microonde, noto come correlazione EE, utilizzato per stimare la cosiddetta “profondità ottica” dell’universo. Questo significa che alcune misurazioni già pubblicate potrebbero dover essere riviste.

Cosa potrebbe significare per il futuro della cosmologia

Perché tutto questo fermento? Perché la birifrangenza cosmica potrebbe essere collegata a particelle ipotizzate ma mai osservate, come gli assioni, e potrebbe fornire indizi fondamentali sulla natura della materia oscura e dell’energia oscura. Due dei misteri più profondi della fisica contemporanea, insomma.

La nuova tecnica offre uno strumento concreto per analizzare le osservazioni future. Esperimenti di prossima generazione come il Simons Observatory e LiteBIRD potranno sfruttare questo metodo per testare modelli teorici ancora inesplorati. In un secondo studio, sempre pubblicato su Physical Review Letters, Naokawa ha anche proposto un approccio per ridurre gli errori introdotti dai telescopi durante le misurazioni, suggerendo di osservare sorgenti astronomiche specifiche come le radiogalassie alimentate da buchi neri supermassicci.

La strada è ancora lunga, ma il messaggio che arriva da questa ricerca è chiaro: la luce più vecchia del cosmo ha ancora molto da raccontare. E forse quello che sta cercando di dirci è più grande di quanto chiunque avesse immaginato.

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