Per la prima volta i ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del CNR hanno misurato la complessa forma temporale di un singolo quanto di eccitazione. Lo studio apre la strada a nuove possibilità applicative in tecnologie sempre più sicure, efficienti e innovative.

La luce, come l’acqua, non ha una forma propria ma assume quella del recipiente che la contiene: in particolare, lo stato quantistico della luce è una maniera specifica di occupare questo contenitore vuoto (chiamato modo), che descrive la forma spaziale e temporale del campo elettromagnetico. Ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche di Sesto Fiorentino (Ino-Cnr), guidati da Marco Bellini e Alessandro Zavatta, hanno approntato una tecnica che unisce per la prima volta concetti dell’ottica quantistica e di quella ultraveloce, per misurare e analizzare la forma di stati quantistici luminosi della durata di poche decine di femtosecondi.

Per esempio, un singolo fotone, che corrisponde al riempimento del contenitore con un solo quanto di eccitazione, può assumere infinite forme diverse a seconda del modo che occupa e la maggior parte delle possibili applicazioni delle proprietà quantistiche della luce a nuove tecnologie quali comunicazione, computazione o metrologia quantistica dipendono dalla perfetta conoscenza di tale forma.

Il gruppo di ricerca ha mostrato come copiare fedelmente il modo temporale di un fotone ultracorto su quello di un impulso luminoso classico, così da poterlo misurare in dettaglio con tecniche standard; oltre ad aver ricostruito le strutture temporali di singoli fotoni variamente deformati, i ricercatori Ino-Cnr hanno anche dimostrato come utilizzare questa capacità per nuovi schemi di codifica dell’informazione quantistica.
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