Sapere Scienza

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Pubblicata la prima immagine dell’entanglement quantistico

22 Luglio 2019

Gli scienziati dell'Università di Glasgow hanno aggiunto un nuovo tassello alla conoscenza dello sfuggente mondo quantistico: sono riusciti a catturare l'immagine di un entanglement. Di cosa si tratta? Cerchiamo di comprenderlo insieme.

 

Quell'azione spettrale a distanza di cui parlava Einstein

 

Il fenomeno dell'entanglement quantistico è alla base dello sviluppo dei computer e delle reti quantistiche. Quello immortalato dai ricercatori è una forma particolare di entanglement, l'entanglement di Bell, definito da Albert Einsten come una "spooky action at a distance", un'azione spettrale a distanza. Di cosa stiamo parlando? Due particelle che interagiscono l'una con l'altra, ad esempio due fotoni che attraversano un beam splitter, un dispositivo ottico che divide un fascio di fotoni in due parti, possono in alcuni casi rimanere connesse, condividendo istantaneamente il loro stato fisico. Lo fanno qualunque sia la distanza che le separa. Questo legame tra particelle è chiamato entanglement quantistico ed è alla base della meccanica quantistica.
Einstein non riusciva ad accettare questo fenomeno perché l'istantaneità dell'interazione a distanza tra le due particelle coinvolte nell'entanglement sembrava incompatibile con la sua teoria della relatività.

 

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Violare le disuguaglianze di Bell

 

Nel 1964 il fisico John Bell formalizzò il concetto di interazione non-locale descrivendo una forma forte di entanglement, quello stesso fenomeno che oggi è sfruttato in applicazioni quali lo sviluppo di calcolatori quantici e la crittografia. Bell dimostrò che la meccanica quantistica violava il realismo locale, per cui una misura rivela una proprietà preesistente nella realtà fisica e per cui tra due eventi che avvengono a distanza ci può essere un nesso di causa-effetto solo se il legame consiste in una catena causale di eventi che si propaga con velocità minore o uguale a quella delle luce. Bell dimostrò che il realismo locale impone delle restrizioni su certi fenomeni, restrizioni non richieste e dunque vìolate dalla meccanica quantistica. Tali restrizioni sono le disuguaglianze di Bell, la cui violazione avviene nei processi che si basano sull'entanglement, dimostrandone l'esistenza.

 

Come si cattura l'immagine di un entanglement quantistico?

 

L'entanglement e la violazione delle diseguaglianze di Bell sono stati già dimostrati da altri esperimenti ma nessuno era mai riuscito a immortalare in un'immagine il fenomeno. Ora un gruppo di fisici della University of Glasgow ha illustrato in un articolo su Science Advances come siano risuciti a raggiungere questo obiettivo. Hanno progettato un particolare sistema che ha permesso loro, attraverso una telecamera super sensibile in grado di rilevare i singoli fotoni, di catturare l'immagine solo nel momento in cui si vedevano sia il solo fotone che il suo "gemello collegato", realizzando così una testimonianza visibile dell'entanglement tra fotoni.
Paul-Antoine Moreau, autore dell'articolo, ha spiegato alla BBC che l'immagine è "un'elegante dimostrazione di una proprietà fondamentale della natura" e ha aggiunto: "È un risultato emozionante che può essere usato per progredire nel settore emergente del calcolo quantistico e porta a nuovi tipi di imaging".

 

Vi piacerebbe capire meglio la meccanica quantistica e i suoi segreti? Allora acquistate e leggete "Il mondo dei quanti - La bizzarra teoria alla base della realtà", a cura di Alison George e tradotto da Eva Filoramo per Edizioni Dedalo.

 

Immagine di copertina: l'immagine rappresenta la violazione delle disuguaglianze di Bell. Credits: Imaging Bell-type nonlocal behaviour, Paul-Antoine Moreau, Ermes Toninelli, Thomas Gregory, Reuben S. Aspden, Peter A. Morris, Miles J. Padgett, Science Advances12 Jul 2019 : eaaw2563, CC BY 4.0

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