Fotoni come neuroni, una ricerca italiana a cavallo di due Nobel

27/02/2026 SCIENZA E TECNOLOGIA Condividi Preferisci Informazione.News su Google

Redazione Scienza e Tecnologia   -   Da tempo la fisica teorica trova interessanti punti di contatto fra sistemi fisici complessi, quali possono essere i magneti disordinati, i vetri di spin o i fluidi turbolenti, e ciò che accade nel cervello quando questo recupera un ricordo. Un nuovo studio, pubblicato il 18 febbraio 2026 sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, conferra questo suggestivo parallelismo, ma lo fa studiando la luce: non quella classica, bensì quella quantistica, composta da fotoni identici che interferiscono tra loro e che, all'interno di circuiti ottici, iniziano a comportarsi in modo sorprendentemente simile a una rete neurale. La ricerca, condotta a livello internazionale ma con un forte timbro italiano grazie alla collaborazione tra l'Istituto di Nanotecnologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nanotec), l'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e la Sapienza Università di Roma, apre scenari inediti per lo sviluppo di memorie artificiali.

Il cuore della scoperta, come spiega Marco Leonetti, primo ricercatore del Cnr-Nanotec e coordinatore dello studio, risiede nell'aver sfruttato l'interferenza quantistica nei chip fotonici, un fenomeno per cui le particelle di luce si sovrappongono e interagiscono, per codificare e recuperare informazioni. In pratica, all'interno di questo sistema, i fotoni smettono di essere semplici portatori di dati per diventare essi stessi i neuroni di una memoria associativa. Questo comportamento ricalca spontaneamente quello di una Rete di Hopfield, uno dei modelli matematici più noti per descrivere i meccanismi di recupero della memoria tipici del cervello umano, dimostrando come le leggi della fisica quantistica possano mimare processi cognitivi.

C'è, però, un aspetto ulteriore che rende lo studio particolarmente affascinante e che lo lega direttamente agli studi premiati con il Nobel. Gennaro Zanfardino, primo autore dello studio e attualmente borsista all'Università del Salento, evidenzia come il sistema fotonico mostri un limite fondamentale alla capacità di memoria, analogo a quello riscontrato nei sistemi biologici. Finchè il numero di informazioni rimane contenuto, la coerenza quantistica permette un recupero corretto; quando i dati aumentano, il sistema va incontro a una transizione verso una fase di black-out, precipitando in uno stato di disordine noto come vetro di spin. È proprio su questi sistemi complessi e disordinati, i vetri di spin appunto, che si sono concentrate le teorie di Giorgio Parisi, premiato con il Nobel per la Fisica nel 2021, e la scoperta è maturata nello stesso ambiente scientifico in cui il fisico italiano ha sviluppato le sue rivoluzionarie idee.

Dalla meccanica quantistica un nuovo laboratorio in miniatura

Le implicazioni di questo studio, come sottolineano i ricercatori, travalicano i confini dell'intelligenza artificiale e della creazione di computer più potenti. La piattaforma fotonica realizzata, infatti, consente di simulare e investigare sistemi fisici complessi e disordinati che sarebbero altrimenti difficilmente trattabili con i computer tradizionali. Fabrizio Illuminati, direttore del Cnr-Nanotec e co-autore della ricerca, ha spiegato come in questo modo si dimostri che le leggi del disordine, già osservate nei sistemi classici, emergono con le stesse modalità anche nei circuiti quantistici fotonici. La luce, in questa prospettiva, diventa un vero e proprio laboratorio in miniatura, uno strumento per esplorare fenomeni complessi che governano sistemi naturali e artificiali, dalle reti biologiche fino ai modelli climatici.

Verso un'intelligenza artificiale più efficiente

Dal punto di vista applicativo, la strada tracciata dai ricercatori italiani apre prospettive di grande interesse. Luca Leuzzi, dirigente di ricerca del Cnr-Nanotec e associato alla Sapienza, ha evidenziato come l'impiego dell'ottica quantistica e della fotonica integrata possa portare allo sviluppo di sistemi di intelligenza artificiale con prestazioni elevate e un consumo energetico drasticamente inferiore a quello degli attuali data center. La possibilità che i fotoni, e non i tradizionali chip elettronici, diventino i protagonisti dell'elaborazione delle informazioni, potrebbe portare a un cambio di paradigma nel settore, rendendo i processi di calcolo non solo più rapidi, ma anche enormemente più sostenibili dal punto di vista energetico.