Dimostrata la versione quanto-meccanica della “Entropy power inequality”

Flat_metal-coated_beamsplitterIn un articolo uscito su Nature Photonics, lo studente del corso di PhD della Scuola Normale Superiore (SNS) Giacomo De Palma, Andrea Mari e Vittorio Giovannetti del gruppo di Fisica della materia condensata ed Informazione Quantistica della SNS ed affiliati NEST, dimostrano la versione quanto-meccanica della cosiddetta “Entropy Power Inequality” generalizzando alcuni risultati ottenuti alla fine degli anni ’50 nell’ ambito della teoria classica dell’ informazione e risolvendo in maniera positiva una congettura proposta qualche anno fa nel contesto della cosiddetta teoria della comunicazione quantistica.

Questo risultato si inserisce all’interno della linea di ricerca portata avanti dai ricercatori della SNS volta a caratterizzare a livello teorico fondamentale le proprietà dei sistemi di comunicazione (fibra ottica, onde radio, telefonia mobile, sistemi wireless, etc.) che utilizzano la radiazione elettromagnetica come mezzo di trasmissione dei segnali. L’entropia di un segnale fornisce una misura dell’imprevedibilità dei valori che questo assume.

Il segnale all’uscita di un sistema di comunicazione varia in modo imprevedibile a causa del rumore ambientale; la Entropy Power Inequality fornisce un limite inferiore all’entropia del segnale in uscita dal canale di comunicazione, ovvero al disturbo che il rumore introduce a causa della sua imprevedibilità, in funzione delle entropie in ingresso dei segnali trasmessi e dell’ambiente con cui essi interagiscono. La conoscenza di tale limite consente di calcolare il massimo numero di bit al secondo che è possibile trasmettere tramite un determinato sistema di comunicazione, e stimola un’ottimizzazione dei metodi di codifica e decodifica che permette di raggiungere in pratica la velocità ottimale.

G. De Palma, A. Mari, e V. Giovannetti, A generalization of the entropy-power inequality to bosonic quantum systems, Nature Photonics (2014).