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RICERCA - I fotoni come nano-motori del futuro

23-03-2017

Una ricerca dimostra come sia possibile addestrare i fotoni a comportarsi come due nano-motori capaci di sfruttare le correlazioni quantistiche per estrarre lavoro

Cosa hanno in comune una locomotiva, un ghepardo e Usain Bolt? Tutti e tre trasformano le calorie che assumono in un movimento o, come dicono i fisici, in lavoro. Capire quali sono i limiti ultimi per la conversione di energia termica in lavoro attraverso la termodinamica è ciò che ha permesso di realizzare motori sempre più efficienti. Quando abbiamo a che fare con il mondo microscopico, però, le regole del gioco cambiano, perché entra in gioco il comportamento quantistico della materia; comprendere come le leggi della meccanica quantistica modificano la termodinamica è uno dei grandi sforzi della ricerca degli ultimi anni. Un esperimento condotto nei laboratori di Ottica Quantistica della Sapienza, in collaborazione con Roma Tre e la Queen's University di Belfast, ha dimostrato che se fosse possibile avere due nano-motori legati tra loro dall'entanglement (un tipo di correlazione che esiste solo per particelle quantistiche e che fa sì che due oggetti risultino strettamente dipendenti l'uno dall'altro anche se separati spazialmente), allora questi porterebbero a estrarre più lavoro che non a partire da due motori indipendenti. I ricercatori hanno addestrato dei fotoni a simulare l'azione di un nano-motore e hanno visto che è possibile distinguere se i motori sono "entangled" oppure no a partire da quanto lavoro permettono di estrarre.
Questo rappresenta un primo passo verso l'uso delle tecnologie quantistiche non solo per l'informazione, ma anche per sviluppare a pieno future macchine nanoscopiche.

La ricerca “Experimental extractable work-based multipartite separability criteria” di Mario A. Ciampini, Luca Mancino, Adeline Orieux, Caterina Vigliar, Paolo Mataloni, Mauro Paternostro & Marco Barbieri, è stata pubblicata sulla rivista online Npj Quantum Information, raggiungibile al link http://www.nature.com/articles/s41534-017-0011-9 DOI:10.1038/s41534-017-0011-9