Per la prima volta un processore fotonico quantistico ha operato in orbita terrestre bassa. Il test, guidato dall’Università di Vienna, apre la strada all’elaborazione dei dati direttamente a bordo dei satelliti.
Per la prima volta un computer quantistico è stato utilizzato nello spazio, dimostrando una tecnologia che potrebbe un giorno contribuire a risolvere un problema che da anni affligge i satelliti.
Quando i satelliti in orbita inviano a Terra i propri dati grezzi, i colli di bottiglia e i limiti di larghezza di banda rallentano l’intero processo; un modo per superare l’ostacolo consisterebbe nell’elaborare le informazioni in loco, prima della trasmissione. Da qui che è partito il team di fisici guidato da Philip Walther dell’Università di Vienna, che ha messo a punto un processore fotonico quantistico. La soluzione sfrutta singole particelle di luce, i fotoni, per eseguire operazioni complesse con un hardware ottico compatto.
Portare l’idea in orbita, però, non è stato privo di difficoltà. I sistemi fotonici quantistici sono delicati, e le radiazioni, gli sbalzi di temperatura e il vuoto dello spazio possono danneggiarne i componenti o comprometterne il funzionamento. Prima ancora di funzionare nello spazio, il dispositivo doveva riuscire ad arrivarci.
Il decollo
Il processore è composto da una sorgente di coppie di fotoni, un chip con circuito integrato in vetro a sei modalità, rilevatori di fotoni singoli ed elettronica di controllo. È stato caricato a bordo di un razzo SpaceX Falcon 9 e lanciato nell’orbita terrestre bassa il 23 giugno 2025.
Raggiunta l’orbita, è cominciato il lavoro vero. Per elaborare le informazioni, il sistema proietta un raggio laser attraverso un cristallo per generare coppie di fotoni. Queste particelle di luce vengono poi inviate in un minuscolo circuito in vetro, dove percorso e interferenza sono controllati da riscaldatori microscopici. All’estremità opposta, rilevatori sensibili catturano la luce e misurano dove emergono i fotoni.
Una prima assoluta per la fisica quantistica in orbita
Nei primi otto mesi in orbita il sistema ha generato, manipolato e rilevato con successo coppie di fotoni, eseguendo diverse operazioni programmate. I ricercatori hanno inoltre modificato le impostazioni del chip e regolato con cura i fotoni alla ricerca di un fenomeno noto come interferenza a due fotoni. L’hanno osservata: l’interferenza quantistica tra le particelle di luce è stata rilevata anche nelle condizioni estreme dello spazio.
I risultati, tuttavia, rappresentano soltanto un inizio: resta molto da fare prima che i satelliti possano svolgere in orbita elaborazioni assistite dalla meccanica quantistica. Come spiegano e ricercatori e autori del paper In-orbit operation of a programmable quantum photonic processor, “il prossimo passo è chiudere il ciclo tra sensore e processore, codificando i dati di osservazione della Terra direttamente nel programma unitario sul circuito”. Per arrivarci sarà necessario anche garantire che gli strumenti reggano le sollecitazioni estreme a cui saranno esposti. Come sottolineano gli stessi ricercatori, “resta da garantire la stabilità durante i lunghi tempi di acquisizione richiesti da un’operazione di inferenza, poiché il graduale degrado dei componenti riduce il tasso di coincidenza”.
