Fisica della Materia Teorica: quantum information
Le ricerche di informatica e tecnologia quantistica hanno un duplice carattere, fondamentale e applicativo, e riguardano primariamente la teoria della misurazione quantistica e la disciplina della quantum information. I principali settori di applicazione sono le misurazioni ad alta sensitività, nuovi schemi di misurazioni quantistiche, le comunicazioni quantistiche e la determinazione della capacità di canale, la caratterizzazione quantistica di dispositivi e stati quantistici mediante tecniche tomografiche, la crittografia quantistica, le tecniche di cloning. Le ricerche si sviluppano principalmente nella direzione di nuove tecniche di ottimizzazione per il design di nuovi dispositivi per la tecnologia della quantum information. A livello fondamentale queste ricerche si collegano con la formulazione di nuovi metodi teorici in meccanica quantistica, con lo stabilire i limiti di principio per trasformazioni e misurazioni quantistiche, nonché con il problema dell'assiomatizzazione stessa della meccanica quantistica. Le metodologie di ottimizzazione di processi e misurazioni si collegano con problemi generali di learning, automazione e teoria del controllo.
Varie applicazioni della quantum information sono attualmente di grande interesse e a vari livelli di sviluppo. Per dare alcuni esempi, gli stati entangled (intricati) possono essere utilizzati per la codificazione e trasmissione dell'informazione quantistica. Tali stati possono essere creati mediante il fenomeno di conversione parametrica non lineare, che produce coppie di fotoni spazialmente separati ma le cui polarizzazioni sono correlate. Gli stati entangled rivestono un ruolo cruciale in molti settori della quantum information. Un'applicazione già in uso è la crittografia quantistica, ossia la codifica dell'informazione per mezzo di chiavi quantistiche. La crittografia quantistica viene utilizzata per la trasmissione di dati particolarmente sensibili (bancari, di sicurezza, ecc) quando si vuole avere la certezza che i dati trasmessi non siano intercettabili da un agente esterno. E' possibile effettuare la ricostruzione, o tomografia, di stati quantistici nonché di interi dispositivi. Vi è poi l'analogo quantistico del frequency comb (pettine di frequenza), ben noto in spettroscopia atomica ad altissima risoluzione: in questo caso si parla di quantum comb come metodo generale per l’ottimizzazione dell’architettura di circuiti quantistici. Più futuribile - sebbene sia permesso dalle leggi della fisica, e realizzato su scala di alcuni bit di informazione - è il teletrasporto. Lo sviluppo di questi concetti e applicazioni avrà un effetto pervasivo sulla società dell’informazione negli anni futuri.
Staff: G.M. D'Ariano, C. Macchiavello, L. Maccone, P. Perinotti, M. Sacchi