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16/12/2014  Stampa la notizia

Teoria quantistica della comunicazione

Pubblicazione Unifi su “Review of Modern Physics” fa il punto su venti anni di ricerche 

 Uno studio pubblicato su “Review of Modern Physics” fa il punto su venti anni di ricerche internazionali sulla teoria quantistica della comunicazione, che utilizza i principi e la teoria della meccanica quantistica per trattare il trasferimento e l'elaborazione delle informazioni. Il lavoro è firmato da Filippo Caruso, ricercatore del Dipartimento di Fisica e Astronomia dell'Ateneo fiorentino, membro del Laboratorio Europeo per la Spettroscopia non Lineare (LENS) e del centro di ricerca interdisciplinare “Quantum Science and Technology in Arcetri” (QSTAR), a cui partecipano l’Istituto MPQ-Max Planck for Quantum Optics (della MPG), l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), l’Università di Firenze ed il LENS (“Quantum channels and memory effects" http://dx.doi.org/10.1103/revModPhys.86.1203 )

La rassegna dei lavori, realizzata insieme a ricercatori della Scuola Normale Superiore di Pisa, del MIT e dell’Università di Camerino, è stata possibile anche grazie ai finanziamenti dell’Unione Europea e a quelli del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca tramite un progetto Futuro in Ricerca (FIRB 2010) di cui Caruso è attualmente coordinatore nazionale.

"L’informazione e le comunicazioni hanno un ruolo sempre più rilevante nella moderna società – spiega Caruso - La teoria matematica delle comunicazioni fu sviluppata da C.E. Shannon negli anni Quaranta affrontando il problema della riproduzione, con alta fedeltà, in un punto spazio-temporale di un messaggio selezionato invece in un altro punto spazio-temporale. A tal fine il matematico statunitense formalizzò la nozione di canale di comunicazione (linea di comunicazione) e della sua capacità (ovvero il massimo flusso di informazione riproducibile ad alta fedeltà)."

"Recentemente si è realizzato - spiega il ricercatore - che ogni processo fisico può essere interpretato come un canale di comunicazione che trasforma uno stato iniziale in uno stato finale di un sistema fisico. Pertanto ogni sistema fisico può essere caratterizzato in termini della sua abilità nel trasferire informazione. Tuttavia nel fare ciò si deve utilizzare la teoria fisica più avanzata, ovvero la meccanica quantistica."

"Perciò, avendo contribuito in maniera rilevante a questo campo, siamo stati chiamati - conclude Caruso - a passare in rassegna, sulla rivista scientifica internazionale con il più alto 'fattore d'impatto' nel mondo, la teoria quantistica delle comunicazioni con un approccio molto generale che include gli effetti di memoria (che nascono da azioni che non sono identiche e indipendenti sui segnali inviati). Esso mette in evidenza i limiti ultimi raggiungibili nel trasferimento di informazione, che verranno perseguiti dalle future tecnologie, alcune già in commercio, nonché legami con altre branche della fisica (ottica quantistica e teoria dei sistemi a molti corpi) e della matematica (calcolo delle probabilità e processi stocastici)".

 

 Capture

La figura illustra lo scenario tipico della comunicazione di due utenti che codificano (decodificano) le lettere di un messaggio su (da) sistemi fisici che vengono trasmessi attraverso un canale (e.g., fotoni lungo una fibra ottica). Essi sono soggetti alla presenza inevitabile di rumore nel canale (e.g. variazione locale delle proprietà ottiche della fibra) che introduce degli errori (a volte correlati nel tempo e nello spazio) nel messaggio trasmesso.