La metrologia di precisione rappresenta da sempre una delle sfide più ambiziose della scienza, ma fino a oggi ha dovuto fare i conti con un ostacolo apparentemente invalicabile: il cosiddetto limite quantistico standard. Superare questa barriera fisica significa aprire nuove frontiere nella diagnostica dei semiconduttori, nell'osservazione astronomica e nell'imaging biomedico. Un gruppo di ricerca sudcoreano ha dimostrato per la prima volta al mondo come sia possibile andare oltre questo confine, sviluppando una rete di sensori quantistici distribuiti capace di raggiungere livelli di risoluzione senza precedenti.
Il team guidato dal dottor Hyang-Tag Lim presso il Center for Quantum Technology del Korea Institute of Science and Technology ha pubblicato sulla rivista Physical Review Letters i risultati di un esperimento rivoluzionario. I ricercatori hanno utilizzato una particolare configurazione di stati quantistici entangled, nota come stato N00N multimodale, applicandola a sensori distribuiti nello spazio. Questo approccio ha permesso di ottenere simultaneamente un miglioramento sia della precisione che della risoluzione, un risultato che finora era sfuggito alla comunità scientifica internazionale.
L'elemento distintivo della ricerca coreana risiede nella natura degli stati quantistici impiegati. Mentre i precedenti tentativi di creare sensori quantistici distribuiti si erano basati su stati entangled a singolo fotone, il gruppo di Lim ha lavorato con fotoni multipli intrecciati lungo percorsi specifici. Questa configurazione genera pattern di interferenza molto più densi, consentendo di rilevare anche le più piccole variazioni fisiche con una sensibilità superiore. Il risultato pratico si traduce in un significativo incremento della capacità di discriminare dettagli fini, essenziale per applicazioni che richiedono un'elevata risoluzione.
L'esperimento ha coinvolto la creazione di uno stato N00N a due fotoni intrecciato attraverso quattro modalità di percorso. Con questa configurazione, i ricercatori sono riusciti a misurare contemporaneamente due parametri di fase distinti, ottenendo una precisione superiore di circa l'88% rispetto ai metodi convenzionali, con un miglioramento quantificabile in 2,74 decibel. Questi dati non solo confermano la validità teorica dell'approccio, ma dimostrano anche la sua fattibilità sperimentale, avvicinandosi al limite di Heisenberg, considerato il livello massimo di precisione raggiungibile con le tecnologie quantistiche.
Le implicazioni pratiche di questa scoperta toccano numerosi settori strategici. Nell'industria dei semiconduttori, ad esempio, la tecnologia potrebbe identificare difetti nanometrici nei circuiti che sfuggono agli strumenti attuali. Nel campo delle scienze della vita, permetterebbe di osservare microstrutture subcellulari impossibili da distinguere con i microscopi tradizionali. L'astronomia potrebbe beneficiare di osservazioni precise di strutture celesti distanti che oggi appaiono sfocate attraverso i telescopi ordinari. Anche la medicina di precisione rappresenta un ambito di applicazione promettente per questa nuova classe di sensori.
Il contesto internazionale rende questa conquista scientifica particolarmente rilevante dal punto di vista strategico. Stati Uniti ed Europa hanno già designato i sensori quantistici come tecnologia strategica di prossima generazione, investendo risorse considerevoli nel settore. La dimostrazione sudcoreana posiziona la Corea del Sud in una posizione competitiva significativa in questo scenario globale, suggerendo che il paese asiatico può giocare un ruolo da protagonista nel futuro sviluppo di queste tecnologie.
Secondo il dottor Lim, questa realizzazione rappresenta una tappa fondamentale nel percorso verso reti pratiche di sensori quantistici basate sulla tecnologia dell'entanglement. Il ricercatore ha sottolineato come l'integrazione futura con chip quantistici basati su fotonica al silicio potrebbe ampliare notevolmente il campo di applicazione, portando questi dispositivi avanzati nella vita quotidiana. La capacità di combinare alta precisione e alta risoluzione in un unico sistema distribuito rappresenta un salto qualitativo rispetto alle tecnologie attuali.
A differenza degli approcci precedenti che si concentravano esclusivamente sul miglioramento della precisione, la tecnica sviluppata dal team coreano affronta simultaneamente il problema della risoluzione, tradizionalmente considerato un ostacolo separato. Questa doppia capacità apre prospettive concrete per l'imaging a super-risoluzione, un campo in cui le limitazioni fisiche hanno finora frenato progressi significativi. La dimostrazione sperimentale conferma che superare il limite quantistico standard non è più soltanto un obiettivo teorico, ma una possibilità tecnologica concreta con applicazioni misurabili.