Quantum Optics Experiments in Space

Da sempre lo Spazio è stato fonte di ispirazione per lo sviluppo del pensiero scientifico, tecnologico, artistico, filosofico e religioso per tutta l’umanità. Le esplorazioni spaziali hanno segnato la storia del XX secolo, portando un incredibile sviluppo tecnologico e permettendo di investigare i fenomeni naturali a scale e dettagli che semplicemente non si possono ottenere restando sulla Terra. Oggi lo Spazio è il banco di prova di una nuova rivoluzione quantistica, che annuncia di poter cambiare il modo in cui oggigiorno comunichiamo, misuriamo e facciamo di conto, grazie all’utilizzo e al controllo di ciò che avviene su scala microscopica. Infatti, la teoria quantistica, nata all’inizio del XX secolo proprio per descrivere il comportamento delle particelle elementari costituenti la Natura, ha raggiunto oggi un grado di affidabilità strabiliante. Come qualsiasi teoria scientifica infatti, la Meccanica Quantistica è valida entro i confini in cui è stata verificata sperimentalmente, e lo Spazio è il palcoscenico principale in cui poter validare le predizioni della teoria quantistica a grandi scale, in un dominio completamente diverso da quello microscopico entro cui è stata ideata. I progressi tecnologici nel campo della fotonica, che permette la manipolazione e il controllo dei singoli quanti di luce, i fotoni, rendono oggi fattibili test fondamentali di Meccanica Quantistica nello Spazio, esperimenti in cui indagare, per esempio, se l’entanglement si mantiene anche a migliaia di chilometri o se il dualismo onda-corpuscolo si manifesta anche dopo un viaggio spaziale. Inoltre, lo Spazio offre di per sé accesso a regimi relativistici in cui le velocità e le distanze in gioco possono permettere di indagare il puzzle irrisolto della fisica moderna, l’unione di Meccanica Quantistica e gravitazione. Per queste ragioni, questa tesi è dedicata agli esperimenti di Ottica Quantistica nello Spazio in cui sono stato coinvolto durante il mio dottorato.