I gruppi di ricerca dell'Università di Aalto e dell'Università di Jyväskylä hanno dimostrato un nuovo metodo di misurazione a microonde che va al limite quantistico della misurazione e lo supera. Il nuovo metodo può essere potenzialmente utilizzato, ad esempio, nel calcolo quantistico e nella misurazione delle onde gravitazionali. I risultati sono stati pubblicati in Lettere di revisione fisica il 6.3.2017, una delle più prestigiose riviste di fisica.

Secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg in meccanica quantistica, un osservatore non può ottenere contemporaneamente informazioni accurate sia sulla posizione che sulla quantità di moto di una particella. Questo principio pone un limite fondamentale a qualsiasi misura. Nella meccanica quantistica anche la luce, o più in generale onde elettromagnetiche, può essere rappresentato da particelle, fotoni, e quindi la loro rilevazione è soggetta al principio di indeterminazione. Senza incertezze, potrebbero essere misurati anche i segnali più deboli e, ad esempio, la rete di telefonia mobile funzionerebbe in qualsiasi parte del mondo con un unico punto di accesso.

Per le radio e le microonde utilizzate nelle telecomunicazioni, le incertezze di misura derivano dalle imperfezioni tecniche. Pongono limitazioni molto più serie alla misurazione dei segnali rispetto al limite quantistico. Però, Il limite quantistico della misurazione a microonde è stato finora raggiunto con i circuiti superconduttori utilizzati nell'informatica quantistica. In precedenti ricerche correlate, I gruppi di Aalto e Jyväskylä si sono avvicinati da vicino combinando risonatori a microonde con nanotamburi vibranti.

Al limite quantistico e oltre con i nanotamburi

I gruppi utilizzano una nuova tecnica per guidare i loro nanotamburi per realizzare una misurazione che va anche oltre il limite quantistico. Per la particella questo sarebbe possibile misurando solo la posizione o la quantità di moto, e scartando completamente le informazioni sull'altra proprietà. "Per un'onda leggera, accedendo solo a una parte dell'onda e scartando le informazioni nell'altra parte si realizza una misura analoga", spiega Caspar Ockeloen-Korppi, chi ha effettuato la misurazione utilizzando i nanotamburi.

I gruppi di ricerca hanno brevettato lo schema di misurazione. Professore Mika Sillanpää, che guidano la ricerca, mette in evidenza le possibili aree di applicazione:"Può essere utilizzato nell'accesso a segnali minuscoli, ad esempio nell'informatica quantistica e forse anche nella misurazione delle onde gravitazionali".

Oltre a Ockeloen-Korppi e Sillanpää, il gruppo di ricerca era composto da Juha-Matti Pirkkalainen, Erno Damskägg, Tero Heikkilä e Francesco Massel. Il lavoro è stato svolto presso l'Academy of Finland Centre of Excellence on Low Temperature Quantum Phenomena and Devices, ed è stato anche parzialmente finanziato dal Consiglio europeo della ricerca.