Gli astronomi hanno identificato migliaia di pianeti in orbita attorno a stelle oltre il nostro sistema solare, ma si ritiene che ne esistano altri miliardi. La sfida sta nel rilevare e studiare questi esopianeti, che sono incredibilmente distanti ed emettono segnali luminosi deboli, spesso oscurati. Una nuova ricerca suggerisce che i computer quantistici potrebbero rivoluzionare questo processo, consentendo immagini più chiare e potenzialmente rivelando le impronte molecolari di questi mondi distanti.
Il problema con l’imaging convenzionale
I metodi attuali faticano a catturare i deboli segnali luminosi degli esopianeti. Questi segnali, dopo aver percorso vaste distanze cosmiche, vengono diluiti e soffocati dalla luce stellare più brillante. Johannes Borregaard dell’Università di Harvard e il suo team si sono resi conto che questa sfida potrebbe essere simile al rilevamento di un solo fotone per ogni secondo di funzionamento del telescopio: un compito incredibilmente difficile per i computer classici.
In che modo i computer quantistici potrebbero aiutare
I computer quantistici offrono un vantaggio unico: possono memorizzare gli stati quantistici dei fotoni in arrivo e sfruttare le proprietà quantistiche per estrarre informazioni che altrimenti andrebbero perse. Ciò significa che immagini sfocate e indistinte – o anche singoli punti sfocati che rappresentano gli esopianeti – potrebbero essere trasformate in rappresentazioni più nitide e dettagliate.
Il sistema proposto prevede due componenti chiave. In primo luogo, la luce proveniente da un pianeta extrasolare colpirebbe un dispositivo di calcolo quantistico costruito con diamanti appositamente progettati (già dimostrati efficaci nell’immagazzinare stati fotonici). In secondo luogo, le informazioni quantistiche verrebbero trasmesse a un computer quantistico più potente, possibilmente costruito con atomi estremamente freddi, per eseguire un algoritmo progettato per la ricostruzione delle immagini.
Guadagni di efficienza significativi
I calcoli mostrano che questa configurazione quantistica potrebbe ottenere una qualità dell’immagine paragonabile utilizzando solo una frazione dei fotoni necessari dalle tecniche tradizionali, riducendo potenzialmente i requisiti di un fattore di centinaia o addirittura migliaia. Ciò lo rende particolarmente utile quando si ha a che fare con sorgenti luminose estremamente deboli.
Sfide e ricerca continua
Anche se promettente, implementare questo sistema non è un’impresa facile. Cosmo Lupo del Politecnico di Bari osserva che collegare e controllare le prestazioni di entrambi i computer quantistici è un ostacolo complesso. Borregaard lo riconosce, affermando che il suo gruppo di ricerca e altri stanno lavorando attivamente alle soluzioni. La tendenza a sfruttare la meccanica quantistica per l’osservazione spaziale è già in atto, con uno schema recentemente utilizzato per osservare una stella nella costellazione del Canis Minor.
“I fotoni obbediscono alle regole della meccanica quantistica. Pertanto, è naturale… studiare metodi quantistici per rilevare ed elaborare la luce proveniente, ad esempio, dagli esopianeti.” – Cosmo Lupo, Politecnico di Bari.
Questa ricerca rappresenta un passo importante verso un futuro in cui l’informatica quantistica potrebbe migliorare notevolmente la nostra capacità di esplorare e comprendere l’universo oltre il nostro sistema solare.
