Sensori quantistici ultra-precisi: svolta per GPS, medicina e spazio

Scienziati dell’Università di Sydney hanno mostrato un nuovo modo per aggirare uno dei limiti fondamentali della fisica quantistica, aprendo la strada a sensori ultracompatti e precisissimi che potrebbero trovare applicazione in navigazione, medicina e astronomia. Il principio sfruttato è quello dell’indeterminazione di Heisenberg, formulato nel 1927, che stabilisce come non sia possibile conoscere contemporaneamente con precisione assoluta coppie di grandezze fisiche come posizione e quantità di moto.

Il gruppo guidato da Tingrei Tan e Christophe Valahu è riuscito a “spostare” l’incertezza in regioni meno rilevanti, lasciando più margine di accuratezza nelle misurazioni che contano davvero. Per rendere il concetto intuitivo, i ricercatori hanno usato l’esempio di un orologio con una sola lancetta: se resta quella delle ore si perde precisione sui minuti, ma si mantiene il quadro generale; se resta quella dei minuti, al contrario, si guadagna grande dettaglio ma si perde la visione d’insieme. Applicato ai sistemi quantistici, questo approccio consente di rinunciare a un po’ di informazione globale in cambio di una sensibilità senza precedenti sui dettagli.

Il team ha implementato la tecnica con uno ione intrappolato che vibra come un minuscolo pendolo quantistico. Preparandolo in speciali “grid states” – stati quantistici sviluppati in origine per il calcolo quantistico a correzione di errore – è stato possibile misurare posizione e quantità di moto oltre il cosiddetto limite quantistico standard, ossia il massimo raggiungibile con sensori classici.

I ricercatori sottolineano che l’esperimento non sostituisce gli strumenti già esistenti, ma fornisce una nuova risorsa da integrare nella “cassetta degli attrezzi” della sensoristica quantistica. L’impatto potenziale è ampio e potrebbe spaziare dalla navigazione di sottomarini e mezzi spaziali in ambienti dove il GPS non funziona, al miglioramento delle tecniche di imaging biomedico, fino al monitoraggio dei materiali e allo studio dei sistemi gravitazionali.

Questa ricerca, ancora a livello di laboratorio, indica però un cambio di prospettiva importante: non eliminare l’incertezza quantistica – impossibile per definizione – ma ridistribuirla in modo da renderla meno penalizzante. Un passo che potrebbe trasformarsi in un alleato strategico per applicazioni civili e scientifiche nei prossimi anni.