Il gruppo di Informazione Quantistica della Scuola Normale ha pubblicato un nuovo studio su Nature Physics che colma una lacuna nella letteratura di settore.
PISA, 16 dicembre 2025. Il gruppo di Informazione Quantistica della Scuola Normale, guidato da Vittorio Giovannetti, Ludovico Lami, Salvatore Oliviero e Francesco Mele, ha pubblicato su Nature Physics uno studio che definisce per la prima volta i limiti fondamentali della tomografia quantistica dei sistemi a variabile continua, quelli che modellano sistemi bosonici e piattaforme ottiche quantistiche, onnipresenti in natura e ampiamente utilizzati nelle tecnologie quantistiche.
Sappiamo che la tomografia quantistica, ovvero la tecnica che serve a ricostruire completamente uno stato quantistico sconosciuto usando molte misure ripetute, è molto inefficiente quando la misurazione avviene su questi sistemi. Rispetto a sistemi con stati discreti, come per esempio i qubit dei computer quantistici di Google o IBM, che necessitano di un numero “limitato” di misure in uno spazio temporale ampio, per i sistemi a variabile continua è necessario un numero enorme di misure in un tempo limitato. Questo perché i sistemi a variabile continua, come la luce nei circuiti ottici, non hanno due livelli (0 e 1), ma infiniti livelli possibili.
Quali sono dunque i limiti ultimi delle misurazioni per questo tipo di sistemi? Nello studio su Nature Physics si dà una risposta completa a questa domanda, stabilendo limiti prestazionali fondamentali per qualsiasi dispositivo quantistico fotonico. Il lavoro è stato presentato a QIP 2025, l’edizione che si è tenuta a gennaio di quest’anno a Raleigh, in North Carolina (USA).
“Nonostante il ruolo cruciale dei sistemi a variabile continua nelle tecnologie quantistiche, nessun lavoro precedente aveva indagato sistematicamente le prestazioni ottimali della tomografia quantistica di stati di sistemi a variabile continua – dicono gli autori-. Ad alto livello, dimostriamo che la tomografia di sistemi a variabile continua è estremamente inefficiente in termini di risorse temporali, molto più della tomografia di sistemi basati su qubit”.
Per illustrare l’estrema inefficienza della tomografia per stati a variabile continua, gli autori dimostrano che raggiungere un errore di stima target del 10% per uno stato a variabile continua a 10 modalità con circa un fotone per modalità richiederebbe circa 3.000 anni di acquisizione dati. Al contrario, la tomografia di uno stato a 10 qubit può essere completata in pochi millisecondi. Questa differenza drammatica evidenzia il divario sostanziale in termini di efficienza tra la tomografia di sistemi basati su qudit e quella di sistemi a variabile continua.
Nel complesso, il nostro lavoro avvia una nuova linea di ricerca all'interfaccia tra la teoria dell'apprendimento quantistico e i sistemi a variabile continua. Ha già ispirato diversi lavori di ricerca successivi e ha aperto una serie di promettenti direzioni di ricerca, alcune delle quali abbiamo iniziato ad esplorare nelle nostre recenti pubblicazioni”.
