Comunicazione quantistica fra satelliti a prova di hacker

dal sito: lescienze.it

 

A causa delle modalità di codifica dell'informazione nei qubit, finora la comunicazione quantistica - che può garantire la trasmissione di messaggi cifrati inviolabili - poteva essere realizzata solo fra utenti fissi. Sfruttando stati quantistici "ibridi", un gruppo italiano è riuscito a mettere a punto un dispositivo di codifica che permette di trasmettere questo tipo di messaggi anche fra utenti in movimento, e in particolare fra satellti   

(red)

Negli ultimi anni sono stati fatti notevoli progressi nello sviluppo delle tecniche di comunicazione quantistica, di grande interesse perché dovrebbe offrire sistemi di codifica delle informazioni impossibili da decrittare. Finora tuttavia, a causa delle modalità di codifica dell’informazione di questo tipo di comunicazione, non si sapeva come realizzarla quando gli utenti coinvolti non si trovano in postazioni fisse, ma sono in movimento.

Un passo importante per risolvere il problema è ora venuto da un gruppo di ricercatori dell’Università Sapienza di Roma e dell’Università Federico II di Napoli, con la collaborazione di ricercatori dell'Istituto di scienze fotoniche del Parco tecnologico di Barcellona e dell'Università federale di Rio de Janeiro,  che illustrano i risultati del loro studio in un articolo a prima firma Vincenzo D’Ambrosio, pubblicato online su ””Nature Communications”.

L’approccio standard alla comunicazione quantistica prevede infatti che la codifica dei qubit (i bit quantistici) avvenga sfruttando la polarizzazione di fotoni; la rilevazione della corretta polarizzazione richiede però che tutti gli utenti interessati abbiano un sistema di riferimento comune rispetto al quale valutare la polarizzazione stessa.

Se trasmittente e ricevente sono in rotazione una rispetto all'altra, non è possibile sfruttare la semplice polarizzazione dei fotoni per codificare i qubit (Cortesia Vincenzo D’Ambrosio et al.)

Questo può rappresentare un notevole ostacolo nelle situazioni in cui il numero di utenti è molto elevato o, ancor peggio, quando sono distanti tra loro e in moto relativo uno rispetto all’altro, per esempio quando la comunicazione avviene fra due satelliti in orbita, il cui stato di allineamento può variare nel tempo.

Nel nuovo studio, i ricercatori, coordinati da Fabio Sciarrino, sono riusciti a superare questa difficoltà mettendo a punto un sistema che permette una codifica e decodifica efficiente di informazione quantistica in stati di singoli fotoni, in modo che tali stati siano invarianti rispetto a rotazioni arbitrarie intorno all'asse ottico.

I ricercatori sono riusciti a ottenere questi stati utilizzando per la codifica non solo la polarizzazione, ma anche il momento angolare orbitale della luce. In questo modo, scrivono i ricercatori, “tutte le preoccupazioni relative all'asse di orientamento durante la trasmissione quantistica si riducono al semplice requisito fondamentale di stabilire un collegamento ottico”.

Una serie di test sperimentali di laboratorio ha dimostrato che il dispositivo dà risultati conformi alle previsioni teoriche e che il metodo funziona anche quando i due utenti sono in rotazione uno rispetto all’altro.

Al momento i ricercatori stanno sviluppando la tecnica e il dispositivo in vista di un loro utilizzo tecnologico e stanno verificando la possibilità di procedere a un test di comunicazione fra satelliti.

Un modello statistico per prevedere come andrà la guerra

Lo ha sviluppato un gruppo di ricercatori testandolo sul WikiLeaks Afghan War Diary, che rappresenta una collezione di oltre 75.000 documenti militari relativi a cinque anni - dal 2004 al 2009 - di  guerra in Afghanistan. Il modello è riuscito a prevedere con sorprendente accuratezza l'andamento del conflitto in tutto il 2010 (red)

Le guerre moderne sono sempre più caratterizzate da una raccolta e un uso di informazioni crescenti, grazie anche alle tecnologie di rilevamento, con conseguenti grandi quantità di dati ad alta risoluzione. Tuttavia, nonostante la grande mole di dati disponibili, sviluppare un modello in grado di prevedere l'andamento degli scontri a fuoco e le località in cui potrebbero scatenarsi resta un compito estremamente arduo a causa della natura eterogenea e dinamica dei dati.

Ora un gruppo di ricercatori delle università britanniche di Edimbrgo e di Sheffield e della Columbia University a New York ha sfruttato, integrandole, una serie di idee e tecniche utilizzate in statistica, in ecologia, nel trattamento dei segnali nelle comunicazioni e in epidemiologia per identificare i complicati processi alla base di un conflitto, per esempio la diffusione, lo spostamento, l’intensità, le diverse modalità di escalation e la "volatilità" degli scontri.

 Una mappa dell'andamento del conflitto in Aghanistan redatta sulla base dell'AWD. (Cortesia A. Zammit-Mangion et al.  / PNAS)

Sviluppato il loro modello i ricercatori si sono trovati di fronte a uno dei compiti più impegnativi in questo tipo di studi: trovare il modo di validarlo e dimostrare che non contiene errori di fondo. Guido Sanguinetti e collaboratori, che ne riferiscono in un articolo pubblicato sui “Proceedings of the National Academy of Science”, sono riusciti nell’intento prendendo come base dati il WikiLeaks Afghan War Diary (AWD), una collezione di oltre 75.000 documenti militari relativi al periodo gennaio 2004 - dicembre 2009 della guerra in Afghanistan, che offre una descrizione ad alta risoluzione temporale e spaziale di quei cinque anni del conflitto.

La guerra afgana, inoltre, rappresenta un banco di prova particolarmente arduo, poiché si tratta di un conflitto altamente "irregolare", in cui le azioni di guerra sono spesso scollegate tra loro e sono promosse da una miriade di gruppi differenti di insorti.

Come si legge nell'articolo, ricercatori sono riusciti così a dimostrare che “il nostro approccio permette una comprensione più profonda delle dinamiche del conflitto a partire da semplici metodi di approntamento di una mappa spaziale della crescita e della volatilità del conflitto. Cosa più importante, mostriamo che un modello 'addestrato' su AWD consente una previsione di sorprendente accuratezza statistica della progressione del conflitto nel 2010, ossia per un anno dopo la conclusione dei dati AWD".

Un vaccino contro la nicotina "Non la fa arrivare al cervello"

dal sito: www.repubblica.it

LA SCOPERTA

I ricercatori hanno inserito la sequenza genetica di un anticorpo, creato in laboratorio, all'interno di un virus adeno-associato, istruendolo per raggiungere le cellule del fegato

NEW YORK - Combattere il vizio del fumo alla base, cioè prima che nasca, rendendo il cervello immune dalla dipendenza da nicotina. Questa l'ardua scommessa vinta da un gruppo di ricercatori del Weill Cornell Medical College (a New York), che ha ideato e sperimentato sui topi un vaccino che promette di vincere per sempre la dipendenza dalle amatissime "bionde".

Il principio al quale gli studiosi americani si sono ispirati è semplice: se si impedisce che la nicotina raggiunga il cervello, questa non potrà innescare alcuna reazione né dare il piacere che i fumatori ne ricavano, e quindi non genererà dipendenza.

Realizzare un sistema efficace per raggiungere lo scopo è stato però più complicato. Oggi come oggi esistono già alcuni vaccini, definiti "passivi", che in effetti funzionano, perché contengono anticorpi in grado di intercettare e distruggere la sostanza che fa scattare il vizio. Ma affinché l'effetto duri più di qualche giorno è necessario ripetere l'iniezione ogni poche settimane.

Sviluppare un vaccino tradizionale o "attivo", inoculando cioè un agente esterno che il corpo riconosce come pericoloso e che dia il via alla produzione di anticorpi, non è infatti possibile, perché la molecola della nicotina è troppo piccola per essere riconosciuta dal sistema immunitario.

Per questa ragione i ricercatori hanno ideato una terza via, quella del "vaccino genetico", già utilizzata sui topi per trattare certe malattie agli occhi e certi tipi di tumore. Per farlo hanno inserito la sequenza genetica di un anticorpo per la nicotina, creato in laboratorio, all'interno di un virus adeno-associato, istruendolo per raggiungere gli epatociti, ovvero le cellule del fegato.

Grazie a questo innovativo sistema la sequenza genetica dell'anticorpo ha raggiunto il nucleo degli epatociti, che di conseguenza hanno iniziato a produrre gli anticorpi, che a loro volta hanno avviato il loro lavoro di intercettazione della sostanza entrata nel flusso sanguigno.

Stando ai risultati della ricerca pubblicata su Science Translational Medicine ¹, le cavie da laboratorio che hanno ricevuto il vaccino hanno fatto registrare una riduzione dell'85% della sostanza nel sangue, senza effetti collaterali su comportamento, pressione sanguigna o frequenza cardiaca. E il fatto che l'anticorpo fosse prodotto direttamente dal fegato ha reso l'effetto duraturo nel tempo.

"Data la sicurezza del vaccino - spiega Ronald G. Crystal, autore dello studio - basta una singola dose del nuovo farmaco per protegge gli animali durante la loro vita contro la dipendenza da nicotina. Il medicinale può essere utilizzato anche dalle persone che non hanno mai toccato una sigarette per salvaguardarle dai rischi. Si tratta della stessa procedura già in atto per molti vaccini tradizionali, utilizzati da anni per prevenire una serie di malattie infettive".

Il medicinale è quindi stato progettato per utilizzare il fegato dei topi come una sorta di "fabbrica" in grado si sfornare continuamente anticorpi che divorano la nicotina nel momento in cui questa entra a far parte del flusso sanguigno, impedendo così alla sostanza di raggiungere il cervello e il cuore.

"Per quanto possiamo vedere - conclude Crystal - il farmaco che abbiamo messo a punto è lo strumento migliore per intervenire su chi è dipendente dal fumo perché permette all'organismo di sviluppare "anticorpi pattuglia" simili al videogioco "Pacman", che puliscono il sangue senza nessun effetto collaterale".

(16 luglio 2012)

Wikidata, per risposte impossibili grazie al database dell'universo

dal sito: www.repubblica.it

Il progetto

In Germania alcuni promotori della prima ora di Wikipedia stanno studiando un sito in grado di fare quello che molti sognano: organizzare i dati disponibili nel mondo per dare risposte praticamente su tutto. Il progetto è di essere online nella primavera del 2013

BERLINO - Gli esempi valgono più di ogni spiegazione: avere in un secondo o poco più l'elenco di tutti i film i cui protagonisti abbiano i capelli biondi. Oppure conoscere il tasso di occupazione dei giovani appena laureati di tutta Europa, facoltà per facoltà. O ancora un qualsiasi dato fra i milioni generati ogni anno da istituzioni, enti, università e via dicendo. Riuscirci è il sogno di ogni ricercatore, di ogni statistico, ma anche di economisti e politici. Un sogno che potrebbe concretizzarsi in tempi brevi. Forse anche entro la prossima primavera.

Si chiama Wikidata ¹ ed è il progetto al quale sta lavorando in Germania un gruppo ristretto di promotori della prima ora di Wikipedia. Come l'enciclopedia online in continuo aggiornamento, potrebbe cambiare il nostro modo di accedere ai dati e di interpretarli. Al momento l'iniziativa è nella fase iniziale di sviluppo, e coinvolge solo un gruppo ristretto di dipendenti di Wikimedia Deutschland che stanno studiando la miriade di questioni tecniche e logistiche legate all'improbo compito di creare un database gestito dagli stessi utenti.

"E' un'idea molto semplice: vuole essere la Wikipedia dei dati", spiega Pavel Richter, CEO di Wikimedia Deutschland. "Nel momento stesso in cui i dati sono prodotti non sappiamo come ma sono destinati a cambiare il mondo", sottolinea Richter, evidenziando come al momento "è difficile accedere per una serie di ragioni tecniche" a questa massa di informazioni che rappresenta un vero tesoro per chi sappia metterle in collegamento. Con Wikidata, invece, un semplice utente potrebbe inserire un qualsiasi numero di criteri - ad esempio l'anno, il paese di nascita, il grado di istruzione e il tipo di occupazione - per generare al momento il database di tutte le persone che corrispondono a questa descrizione.

"I dati sono più di semplici numeri, sono la connessione strutturale tra le cose", spiega Denny Vrandecic, project manager di Wikidata. "Ogni volta che pensate a qualcosa e alle sua connessioni strutturali, quello è un dato". In un focus di ricerca di Wikimedia 2012 che si è tenuto venerdì scorso il team di sviluppo Wikidata ha illustrato i molteplici modi in cui la banca dati potrebbe essere utilizzata, ma ha anche ammesso come ce ne siano certamente molti di più di quanti se ne riesca a immaginare al momento.

Vrandecic, che punta a includere nel database anche video e immagini, sogna di poter mettere in collegamento scienziati e ricercatori che non si sono mai incontrati per collaborare su insiemi di dati. Come già nell'enciclopedia online, con Wikidata i dati verrebbero inviati dagli utenti Internet e controllati da 'editor' volontari, prima di essere inclusi nel gigantesco database. "Siamo open-source, e le persone ci sottopone materiale da tutto il mondo, ma il problema nello sviluppo di materiale open-source è quello di conservare traccia di tutti i passaggi compiuti", ammette Vrandecic. Nel confronto di due giorni fa è emerso l'enorme impegno richiesto da un progetto come Wikidata. Si va dall'"eterna" domanda che circonda i progetti Wiki - ovvero sull'affidabilità e la qualità delle informazioni che chiunque può aggiungere - ai dettagli tecnici come la creazione di una piattaforma user-friendly, accessibile anche a persone senza background di informatica.

La lista delle potenziali complicazioni che il team di sviluppo sta affrontando è lunghissima ma per Vrandecic l'intero progetto potrebbe vedere la luce già nella primavera del 2013. Tutto, spiega, dipende dalla creazione di una comunità online intorno al progetto Wikidata con il compito di aggiungere le informazioni e mantenere alta la qualità. "L'idea non è quella di raccogliere il maggior numero di dati possibile sul nostro sito ma quello di renderli più utili: per questo spetta alla comunità scegliere quale tipo di dati caricare" osserva Daniel Kinzler, un altro dei membri del progetto. Prima che Wikidata diventi accessibile al pubblico, il team di sviluppo raccoglierà tutti i dati contenuti nelle schede informative poste nella maggior parte delle pagine di Wikipedia e li inserirà nel gigantesco database.

A questo punto, una volta 'aperto' al pubblico il sito, spetterà alla comunità internet caricare nuovi dati, organizzarli, controllarne la correttezza, e utilizzarli in tutti i modi possibili. "Non si può cambiare il mondo deliberatamente - ammette Richter - si può solo dare al mondo gli strumenti per cambiare".

(15 luglio 2012)

Controllare la chiralità con la radiazione

Un esperimento ha permesso di realizzare strutture nanoscopiche la cui chiralità può essere commutata rapidamente da levogira a destrogira e viceversa utilizzando una radiazione elettromagnetica a terahertz. Le applicazioni possibili vanno dai dispositivi biomedicali agli impianti di sicurezza, fino alle tecnologie per le telecomunicazioni  (red)

Da levogira a destrogira, e viceversa, in un baleno: un gruppo di ricercatori del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti è riuscito a dimostrare la commutazione della chiralità di una molecola mediante un semplice fascio di radiazione. Il risultato, illustrato sulle pagine di “Nature Communications”, potrebbe aprire la strada a un'ampia gamma di applicazioni, dai dispositivi biomedicali agli impianti di sicurezza, per finire con le tecnologie per le telecomunicazioni.

La chiralità delle molecole, vale a dire la proprietà di avere un'immagine speculare ma non sovrapponibile, è di fondamentale importanza in molti processi chimici, poiché gli enantiomeri - le due forme simmetriche “allo specchio” di strutture chimiche identiche - non sono equivalenti dal punto di vista biochimico. Come si imparò, per esempio, a caro prezzo nel caso del talidomide, farmaco antiemetico in commercio alla fine degli anni cinquanta, che nella forma levogira produce gravi malformazioni al feto se assunto durante la gestazione. O come nel caso del limonene, una molecola presente nella buccia degli agrumi, in cui uno dei due enantiomeri profuma di limone mentre l'altro di arancia.

 L'insieme delle metamolecole chirali come si presentano al microscopio elettronico (Cortesia Xiang Zhang, et. al)

"Nel caso di molecole di origine naturale è possibile indurre la commutazione di chiralità ma il processo, che prevede cambiamenti strutturali a livello molecolare, è lento e avviene con una bassa probabilità”, ha spiegato Xiang Zhang, che ha partecipato alla ricerca. “Con le nostre molecole artificiali, abbiamo dimostrato la possibilità di una commutazione dinamica di estrema rapidità”.

Oggetto della ricerca erano "metamolecole" costruite a partire da placchette di oro di dimensioni

nanometriche in modo da produrre strutture chirali artificiali. Queste metamolecole erano state integrate in un mezzo di silicio fotoattivo. Una volta eccitate con un fascio di radiazione esterna, è stata osservata l'emissione di un fascio di radiazione di luce polarizzata circolarmente, indice dell'avvenuta commutazione da un enantiomero all'altro di queste strutture artificiali.

“Se si assemblano due strutture di chiralità opposta per formare una metamolecola, la simmetria speculare viene preservata, con il risultato della scomparsa della risposta ottica”, ha sottolineato Zhang. "In altre parole, le due risposte ottiche si annullano a vicenda”.

Particolare delle metamolecole chirali reattive alla radiazione: in viola, marrone e azzurro sono evidenziati i diversi strati di oro; in verde le parti in silicio (Cortesia Xiang Zhang, et. al)

Per ovviare al fenomeno, che può rendere vano qualunque tentativo di controllare la chiralita della molecola dall'esterno, sono stati inseriti elementi di silicio in entrambi gli enantiomeri, ma in differenti posizioni. Rompendo la simmetria speculare è stata così indotta una chiralità anche nella metamolecola conplessiva.

Un particolare importante è che la radiazione elettromagnetica utilizzata è nella regione di frequenze dei terahertz (mille miliardi di cicli al secondo) ovvero all'interno dell'intervallo di risonanza delle vibrazioni delle molecole: proprio questa caratteristiche la rende un mezzo non invasivo ideale per analizzare i costituenti chimici di materiali organici e inorganici.

Porte aperte a telefonia straniera Rivoluzione europea dal 2014

dal sito: www.repubblica.it

COMUNICAZIONI

Tra due anni nel Vecchio continente sarà possibile utilizzare sim con tariffe economiche di operatori esterni ai confini dell'Unione. La Telecom cinese sarà la prima ad usufruire di questa opportunità

ROMA - Abbassare i prezzi della telefonia in Europa: l'impresa è tutt'altro che semplice ma l'Ue conta di riuscirci procedendo per gradi. L'ultimo, dopo le nuove tariffe roaming ¹, è l'imposizione di tetti tariffari e l'approvazione di un regolamento che dal 2014 aprirà le porte agli operatori di telefonia stranieri. Via libera alla concorrenza dunque, assecondando il caposaldo economico secondo cui solo lo spirito di competizione fa abbassare la cresta alle aziende.

L'ingresso di compagnie extra europee dovrebbe dunque, secondo i vertici UE, rivoluzionare il mercato, facendo scendere ulteriormente i prezzi e avvantaggiando, in un colpo solo, cittadini e aziende. Tra due anni, se il progetto andrà in porto con successo, nel Vecchio continente sarà possibile utilizzare sim con tariffe economiche di operatori esterni ai confini dell'Unione. Una novità che promette di modernizzare ulteriormente il settore della telefonia in Europa e nei singoli stati membri e che rappresenta una fetta di mercato ghiottissima. Non è un caso che, almeno secondo il quotidiano economico francese Les Echos, la Telecom cinese sarà la prima ad usufruire di questa opportunità.

Yan Ou, amministratore delegato della China Telecom Europe, ha infatti già dei programmi che prevedono l'ingresso in Gran Bretagna, Francia, Germania, Italia e Spagna: il primo approccio sarà durante le imminenti olimpiadi di Londra, presentandosi come operatore virtuale di rete mobile (Mvno). Poi, sarà la volta della Francia, che ospita una comunità cinese di ben 700mila persone e, quindi, degli altri paesi.

(06 luglio 2012)

Grafene per purificare l'acqua "Elimina sali e altre sostanze"

dal sito: www.repubblica.it

MATERIALI

La struttura molecolare peculiare del grafene consente di creare dei fori di qualsiasi dimensione sulla sua superficie. Questo ha permesso agli scienziati di far passare l'acqua da una parte e i sali dall'altra di SARA FICOCELLI

Una pellicola di grafene 

WASHINGTON - I materiali che troviamo in natura sono come gli esseri umani: alcuni sono insulsi, altri talmente pieni di qualità da non smettere mai di stupire, diventando a poco a poco indispensabili. Il grafene, detto per l'appunto "il materiale delle meraviglie ¹", appartiene certamente a quest'ultimo gruppo. Ultrasottile, flessibile, circa 200 volte più resistente dell'acciaio e ottimo conduttore di calore e di elettricità, tanto da esser già considerato l'erede del silicio ², il materiale costituito da uno strato unico e sottile di carbonio è anche in grado di depurare l'acqua. Avete capito bene: non solo è capace di condurre l'elettricità meglio del rame ed è trasparente come il vetro, non solo è più resistente dell'acciaio e si piega come la plastica (permettendo di realizzare schermi touchscreen da arrotolare e portare in tasca), ma filtra anche l'acqua, eliminando sali e altre sostanze che la rendono non potabile.

LE FOTO ³

A dimostrare la sua ennesima sorprendente proprietà è stato un esperimento di osmosi inversa condotto dai ricercatori del Massachussets Institute of Technology negli Stati Uniti. "La struttura molecolare peculiare del grafene consente di creare dei fori di qualsiasi dimensione sulla sua superficie. Questo ci ha permesso di far passare l'acqua da una parte e i sali dall'altra", hanno spiegato i ricercatori sulla rivista dell'American Chemical Society. "La dimostrazione di questo processo di osmosi inversa non è nulla di nuovo, ma erano necessari equipaggiamenti ingombranti e un alto consumo energetico. Tramite il grafene, invece, il processo di desalinizzazione si può svolgere 1000 più velocemente e a un costo energetico pari a zero".

Il grafene viene ottenuto in laboratorio dalla grafite, il materiale di cui sono fatte le matite che utilizziamo ogni giorno, i cui cristalli vengono trattati con una soluzione fortemente acida a base di acido solforico e nitrico e poi ossidati ed esfoliati fino a ottenere cerchi di grafene con gruppi carbossilici ai bordi.

Le scoperte su questo prodigioso materiale e le sue applicazioni (come la realizzazione di un transistor, ad esempio) conseguite nel 2004 sono valse il premio Nobel per la fisica 2010 ai due fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov dell'Università di Manchester che, nonostante i problemi iniziali riscontrati nell'applicabilità del materiale a singolo strato, lo hanno evoluto fino alla costruzione del cosiddetto tipo "a doppio strato", che garantisce più resistenza e applicabilità di utilizzo e rappresenta la vera rivoluzione moderna per la fisica dei materiali.

Le ricerche scientifiche sorprendenti però non finiscono qui. Nei laboratori dell'ITME (Istituto di Tecnologia per i Materiali Elettronici) dell'Università di Varsavia vengono ad esempio studiati metodi di produzione a basso costo e ad alta efficacia di questo materiale fin dal 2007 e uno dei governi che sta investendo più risorse nello studio del grafene è quello polacco, che sta sostenendo la ricerca col programma "Innowacyjna Gospodarka", grazie al quqle sono già stati approvati numerosi brevetti.

La ciliegina sulla torta arriva ora dai laboratori Usa e questa volta l'obiettivo è la purificazione dell'acqua. Chissà che il materiale delle meraviglie non riesca davvero a risolvere la drammatica questione mondiale dell'oro blu. 

(06 luglio 2012)