Il futuro delle nostre comunicazioni passano dalla luce quantistica: ecco di cosa stiamo parlando

Quando la luce si fa intelligente: il prossimo salto nelle comunicazioni potrebbe nascere da un singolo fotone.

A prima vista, un raggio di luce sembra semplice: trasparente, silenzioso, fugace. Ma ciò che la fisica contemporanea sta rivelando è che ogni singolo fotone può essere progettato con una complessità che va ben oltre l’intuizione comune. 

Non solo veicolo di energia, la luce diventa linguaggio, architettura quantistica, potenziale chiave per la prossima rivoluzione tecnologica. Negli ultimi decenni, i progressi nelle scienze quantistiche hanno trasformato la nostra comprensione della materia e dell’informazione. 

Se il bit classico era il fondamento dell’informatica del Novecento, il qubit ne è stato il successore quantistico. Ora, però, qualcosa di ancora più ricco si sta affacciando all’orizzonte: i qubit, unità d’informazione quantistica a più dimensioni, rese possibili grazie a una manipolazione inedita della luce. 

Questo campo emergente prende il nome di quantum structured light, letteralmente luce strutturata quantistica. Si tratta di una tecnica in cui le proprietà del fotone non vengono più utilizzate in modo isolato, ma combinate e orchestrate con precisione: polarizzazione, modi spaziali, frequenza, momento orbitale. L’obiettivo è generare stati quantistici ad alta dimensionalità, più stabili, più informativi, più versatili.

Una luce che comunica, calcola e misura

Nel contesto delle comunicazioni, l’uso di fotoni strutturati permette di aumentare la sicurezza crittografica e la capacità informativa di ogni singolo canale, migliorando anche la resistenza al rumore di fondo. In ambito computazionale, questi stati quantistici complessi aprono nuove possibilità per semplificare circuiti, accelerare operazioni e ampliare lo spettro delle simulazioni accessibili ai computer quantistici.

Le applicazioni non si fermano qui. Sistemi di imaging ad altissima risoluzione, sensori basati su correlazioni quantistiche, microscopia olografica quantistica per lo studio di strutture biologiche: tutto ciò è già in fase di sviluppo o sperimentazione, grazie alla capacità di controllare e modellare con precisione il comportamento della luce quantistica.

Verso dispositivi reali

Un tempo limitata a dimostrazioni di laboratorio, questa tecnologia sta diventando più concreta grazie alla miniaturizzazione e all’integrazione su chip. Dispositivi compatti sono oggi in grado di generare e controllare stati di luce quantistica strutturata con efficienza e coerenza. Secondo Andrew Forbes, pioniere del settore presso l’Università di Johannesburg, il campo ha conosciuto un’accelerazione straordinaria nell’ultimo ventennio, passando da un’idea teorica a un toolkit maturo. Restano, tuttavia, alcune sfide rilevanti: tra queste, la limitata distanza di trasmissione per questi stati complessi, ancora fortemente vincolata dalla fragilità dei canali quantistici. Ma proprio questa difficoltà sta stimolando nuove ricerche su gradi di libertà ancora più astratti e meno vulnerabili. 

Secondo Adam Vallés, fisico dell’Universitat Autònoma de Barcelona, siamo in un momento critico di transizione. Le tecniche sviluppate con il gruppo sudafricano di Forbes, dal teletrasporto stimolato in alta dimensionalità alla generazione di chiavi crittografiche resilienti, indicano un futuro in cui la luce non sarà solo mezzo, ma infrastruttura intelligente delle comunicazioni quantistiche. L’iniziativa della Catalonia Quantum Academy conferma questa direzione: formare nuove generazioni di scienziati e tecnologi per una frontiera dove fotoni e informazione si fondono in modo del tutto inedito.