lunedì, Marzo 8, 2021
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Così gli scienziati hanno fotografato il caos ottico

“Che caos!”.  Un’espressione che usiamo tutti i giorni, non sempre a proposito, per indicare una situazione che sfugge al nostro controllo e della quale non sappiamo prevedere gli esiti, quasi sempre indesiderabili. Eppure, anche nel caos c’è del buono. E quello ottico gli scienziati lo studiano da tempo, nel tentativo di sfruttarlo, in qualche modo guidarlo, per i nostri fini. Ma non lo avevano mai ancora del tutto catturato, ripreso e fotografato. Grazie a una delle videocamere più veloci al mondo, l’impresa è riuscita a un team di ricercatori del California Institute of Technology e della University of Southern California. Essi hanno utilizzato una tecnica nota come “Fotografia ultraveloce compressa” (CUP, “Compressed Ultrafast Photography”) registrando video a un miliardo di frame al secondo. Ma la CUP permette di più, molto di più, arrivando a prestazioni dell’ordine dei trilioni di frame al secondo. Velocità mostruose che hanno permesso ai ricercatori di riprendere e studiare il percorso della luce laser mentre questa “rimbalza” caoticamente in cavità appositamente progettate perché ciò accada.

 

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Le applicazioni e le prospettive di tale ricerca sono innumerevoli. Il comportamento caotico, infatti, è un fenomeno praticamente onnipresente in natura . La piena comprensione dei suoi meccanismi influenzerà sempre più ambiti di ricerca fondamentali quali la Biologia, la Fisica e la Matematica, nonché il futuro di applicazioni e tecnologie quali la robotica e la crittografia ottica. Quest’ultima studiata a fondo – e da tempo – anche in Italia. È il caso di Valerio Annovazzi Lodi –   Professore Ordinario presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione dell’Università di Pavia – che ai progressi nello studio del caos ottico e delle sue applicazioni ha dato una mano importante. Citato, non a caso,  tra i riferimenti della ricerca dai suoi colleghi californiani, Annovazzi e il suo gruppo hanno studiato a lungo la crittografia ottica caotica.

“L’idea di base – spiega il professore – è nascondere un messaggio nel caos in modo che solo un utente autorizzato lo possa recuperare”. Tale messaggio, di per sé, non è intelligibile. Il destinatario autorizzato, però, “può cancellare il caos e recuperare il messaggio generando un caos identico e sottraendolo, quindi cancellando il caos sovrapposto al messaggio”. La sicurezza di tale tecnica – precisa Annovazzi –  “sta nel fatto che per generare lo stesso caos al ricevitore occorre usare un laser quasi identico a quello che ha generato il caos al trasmettitore”. E, per un eventuale malintenzionato, “avere due laser identici, o quasi, è molto difficile se non si selezionano a priori in fase di produzione”. Un sistema praticamente impenetrabile che richiederebbe hardware specifico e per addetti ai lavori: “Trattandosi di una tecnica a livello fisico – osserva il professore – non basta certo indovinare o copiare una password!”. 

Gli sviluppi futuri? Annovazzi ne vede tanti. Per esempio, nell’ambito della sicurezza nella trasmissione ottica in spazio aperto (anziché in fibra, quindi con maggiori problemi di privacy delle comunicazioni) che ha un ruolo importante in paesi come Cina e India, dove la rapidissima evoluzione delle reti ottiche non permette sempre la cablatura immediata dei nuovi quartieri ed edifici. Uno dei tanti esempi, quello appena visto, capace di farci vedere il caos come un’opportunità, un alleato – scomodo a volte, ma indispensabile – per molti dei nostri fini. Dando in qualche modo ragione a Nietzsche: “Bisogna avere il caos dentro di sé per partorire una stella danzante”.

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