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    Mettere al lavoro il rumore

    Credito:CC0 Dominio pubblico

    Il rumore è spesso indesiderabile, ad esempio in una conversazione registrata in una stanza rumorosa, nelle osservazioni astronomiche con ampi segnali di fondo, o nell'elaborazione delle immagini. Un gruppo di ricerca dalla Cina, Spagna e Germania hanno dimostrato che il rumore può indurre un ordine spaziale e temporale nei sistemi non lineari. Questo effetto può essere utilizzato in futuro per identificare i segnali nascosti in una grande quantità di rumore. Inversamente, i segnali possono essere incorporati in uno sfondo rumoroso e quindi essere cifrati per recuperarli in seguito.

    I risultati sono stati pubblicati in due manoscritti pubblicati consecutivamente in Lettere di revisione fisica , uno incentrato sull'indagine sperimentale, e la seconda che riguarda l'indagine teorica basata su simulazioni numeriche.

    Il rumore a volte svolge un ruolo costruttivo che può essere sfruttato per produrre risultati utili. L'applicazione del rumore in combinazione con oscillazioni periodiche di piccola ampiezza a un sistema non lineare può provocare effetti molto complessi. Il rumore può portare un sistema stazionario in uno stato oscillatorio con auto-oscillazioni di corrente coerenti aventi frequenze sintonizzabili tra zero e circa 100 MHz, che si chiama risonanza di coerenza.

    Aggiungendo al rumore oscillazioni periodiche di piccola ampiezza con frequenza prossima a quella delle attuali autooscillazioni, il sistema non lineare può essere sincronizzato in fase alla risonanza di coerenza, che prende il nome di risonanza stocastica. Questa risonanza stocastica può essere utilizzata come amplificatore lock-in passivo, senza segnale di riferimento e con un tempo di integrazione molto più breve di quello disponibile per gli amplificatori lock-in convenzionali. Fino ad ora, tutti i metodi di rilevamento dei segnali deboli si basano attivamente sulla correlazione con un segnale di riferimento noto, ed è impossibile identificare segnali sconosciuti nascosti in uno sfondo con forte rumore. I tipici amplificatori lock-in necessitano di un segnale di riferimento nell'intervallo da decine di Hz a MHz e tempi di integrazione dell'ordine dei millisecondi. L'ampia gamma di frequenze della risonanza di coerenza consente il funzionamento senza alcun segnale di riferimento e riducendo notevolmente il tempo di integrazione necessario per elaborare il segnale.

    Il team di ricerca ha dimostrato sperimentalmente il verificarsi di coerenza e risonanze stocastiche a temperatura ambiente in un drogato, GaAs/(Al, Ga) Come superreticolo con il 45 percento di Al. Le simulazioni numeriche del trasporto degli elettroni basate su un modello di tunneling sequenziale discreto effettuate simultaneamente riproducono questi risultati qualitativamente molto bene. Inoltre, il modello teorico può essere utilizzato per determinare la corrente critica dipendente dal dispositivo per la risonanza di coerenza direttamente dai risultati sperimentali.

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