I ricercatori di fisica quantistica hanno sviluppato un metodo che consente la trasformata frazionaria di Fourier degli impulsi ottici mediante la memoria quantistica. Il risultato di questo studio è unico al mondo, in quanto il team è stato il primo a presentare un’implementazione sperimentale di questa trasformazione in questo tipo di sistema.
Per chi ha fretta:
- Uno studio, sviluppato presso l’Università di Varsavia (Polonia), ha sviluppato un metodo che ha capovolto il « gatto di Schrödinger »;
- Il nuovo metodo consente la trasformata frazionaria di Fourier di impulsi ottici mediante memoria quantistica;
- Il dispositivo sviluppato all’università consente l’implementazione di questo metodo in una gamma molto ampia di parametri e in modo programmabile;
- I risultati di questa ricerca, che è pioniera nel mondo, possono essere applicati direttamente nelle telecomunicazioni.
Lo studio è stato condotto da studenti della Facoltà di Fisica, in collaborazione con ricercatori del QOT (Center for Optical Quantum Technologies). Sia la facoltà che il centro provengono dall’Università di Varsavia, in Polonia. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Physical Review Letters.
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Glossario
(Immagine: traffic_analyzer/Getty Images)
Prima di comprendere lo studio, è necessario conoscere due concetti. Sono loro:
- Trasformata frazionaria di Fourier
La trasformata frazionaria di Fourier (TFrFT) è un’estensione della classica trasformata di Fourier che consente di analizzare i segnali da una prospettiva diversa.
Mentre la classica trasformata di Fourier descrive la scomposizione di un segnale nelle sue componenti di frequenza, TFrFT introduce un parametro aggiuntivo che controlla la quantità di rotazione applicata al segnale nel dominio frequenza-tempo.
Viene utilizzato in varie applicazioni per ottenere informazioni aggiuntive ed esplorare proprietà specifiche del segnale.
- Il gatto di Schrödinger
« Il gatto di Schrödinger » è un’illustrazione immaginaria proposta dal fisico Erwin Schrödinger nel 1935 per illustrare il concetto paradossale di sovrapposizione quantistica. L’esperimento mentale coinvolge un ipotetico gatto, una scatola chiusa e un dispositivo di decadimento radioattivo.
L’esperimento del « gatto di Schrödinger » è stato proposto per evidenziare la natura strana e non intuitiva della meccanica quantistica, in cui i sistemi possono trovarsi in stati di sovrapposizione finché non vengono osservati.
Sebbene sia un esempio puramente teorico, solleva interrogativi sull’interpretazione e sui limiti della teoria quantistica.
Altri concetti coinvolti
(Immagine: agsandrew/Shutterstock)
Nel loro lavoro, gli studenti hanno testato l’implementazione della trasformata frazionaria di Fourier utilizzando un doppio impulso ottico, noto anche come stato del « gatto di Schrödinger ».
Le onde, come la luce, hanno proprietà proprie: durata e frequenza dell’impulso (corrispondenti, nel caso della luce, al suo colore). Si scopre che queste caratteristiche sono correlate tra loro attraverso la trasformata di Fourier. Permette di passare dalla descrizione di un’onda nel tempo alla descrizione del suo spettro in frequenze.
Pertanto, le trasformate di Fourier (sia classiche che frazionarie) sono eccezionalmente utili nella progettazione di speciali filtri spettrotemporali. Servono ad eliminare il rumore e permettono la creazione di algoritmi. Questi algoritmi, a loro volta, rendono possibile utilizzare la natura quantistica della luce per distinguere più accuratamente gli impulsi di diverse frequenze.
Ciò è particolarmente importante nella spettroscopia, che aiuta a studiare le proprietà chimiche della materia, e nelle telecomunicazioni, che richiedono la trasmissione e l’elaborazione di informazioni con elevata precisione e velocità.
Una comune lente di vetro è in grado di focalizzare un raggio di luce monocromatico che cade su di essa in quasi un unico punto (fuoco). La modifica dell’angolo di incidenza della luce sull’obiettivo comporta un cambiamento nella posizione di messa a fuoco.
Questo ci permette di convertire gli angoli di incidenza in posizioni, ottenendo l’analogia della trasformata di Fourier, nello spazio delle direzioni e delle posizioni. Un classico spettrometro basato su reticolo di diffrazione utilizza questo effetto per convertire le informazioni sulla lunghezza d’onda della luce in posizioni, permettendoci di distinguere tra linee spettrali.
Come le lenti di vetro, le lenti tempo e frequenza consentono la conversione della durata di un impulso nella sua distribuzione spettrale o l’esecuzione di una trasformata di Fourier nello spazio tempo e frequenza.
La corretta selezione dei poteri di tali obiettivi consente di eseguire una trasformata di Fourier frazionaria. Nel caso di impulsi ottici, l’azione della lente tempo e frequenza corrisponde all’applicazione di fasi quadratiche al segnale.
‘Gatto di Schrödinger’ capovolto
Gruppo di ricerca dell’Università di Varsavia (Immagine: Università di Varsavia)
Per elaborare il segnale, i ricercatori hanno utilizzato una memoria quantistica – memoria dotata di elaborazione quantistica della luce – basata su una nuvola di atomi di rubidio posti in una trappola magneto-ottica.
Gli atomi sono stati raffreddati e la memoria è stata collocata in un campo magnetico variabile. Ciò ha consentito di archiviare componenti di frequenze diverse in diverse parti del cloud. Il polso è stato sottoposto a una lente temporale durante la scrittura e la lettura e una lente di frequenza ha agito su di esso durante la memorizzazione.
Il dispositivo sviluppato all’università consente l’implementazione di queste lenti in una gamma molto ampia di parametri e in modo programmabile. Un doppio polso è molto incline alla decoerenza, motivo per cui viene spesso paragonato al famoso « gatto di Schrödinger ». Tuttavia, il team è stato in grado di implementare operazioni fedeli in questi fragili stati a doppio impulso.
Prima dell’applicazione diretta nelle telecomunicazioni, il metodo deve prima essere mappato su altre lunghezze d’onda e intervalli di parametri. La trasformata frazionaria di Fourier, tuttavia, può essere cruciale per i ricevitori ottici nelle reti di prossima generazione, compresi i collegamenti satellitari ottici. Un processore di luce quantistica sviluppato all’università consente di trovare e testare in modo efficiente questi nuovi protocolli.
Con informazioni da Physical Review Letters
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Il post La ricerca quantistica capovolge il « gatto di Schrödinger » è apparso per la prima volta su Olhar Digital.