La “spooky action at a distance“ di Einstein registrata in oggetti quasi visibili ad occhio nudo
Due diversi esperimenti dimostrano come il fenomeno dell’entanglement sia sempre di più vicino al mondo macroscopico.
Uno degli aspetti più strani della fisica quantistica è l’entanglement: se si osserva una particella in un luogo, un’altra, anche ad anni luce di distanza, ne cambia immediatamente le proprietà, come se fosse collegata da un misterioso canale di comunicazione. Gli scienziati hanno osservato questo fenomeno in piccoli oggetti come atomi ed elettroni. Ma in due nuovi studi, i ricercatori riferiscono di aver registrato il fenomeno dell’entanglement in dispositivi quasi visibili ad occhio nudo.
“C’è davvero un’interessante domanda aperta, che è: Quanto si può salire di scala?” dice Andrew Armour, un fisico dell’Università di Nottingham nel Regno Unito che non è stato coinvolto nel lavoro. Il progresso potrebbe anche aprire la strada a misurazioni ultrasensibili della gravità e a un internet quantistico a prova di hack.
Albert Einstein definì in modo più che figurativo l’entanglement quantico — la capacità di oggetti separati di condividere una condizione o uno stato — come una “spettrale interazione a distanza”. Negli ultimi decenni, tuttavia, i fisici hanno dimostrato la realtà di questa interazione su distanze sempre maggiori, anche dalla Terra ad un satellite nello spazio. Ma le particelle entangled sono tipicamente minuscole, il che rende più facile proteggere i loro delicati stati quantici dal mondo rumoroso.
Due gruppi di ricerca hanno invece deciso di sperimentare l’entanglement in oggetti ingegnerizzati appena visibili a occhio nudo.
Simon Gröblacher, un fisico della Delft University of Technology nei Paesi Bassi, e i suoi colleghi hanno fatto incidere fasci lunghi circa 10 micrometri in trucioli di silicio. I raggi, le cui dimensioni si avvicinano a quelle di un batterio, sono stati fatti oscillare similmente a come accade per una corda di chitarra pizzicata. I ricercatori hanno collegato i chip con una fibra ottica e raffreddato l’intero sistema vicino allo zero assoluto per minimizzare il rumore termico. Poi, utilizzando impulsi laser abilmente controllati, il team ha dato maggiore energia ad un raggio laser facendolo vibrare un po’ più forte rispetto agli altri. Misurando la luce proveniente dall’apparecchio, i ricercatori hanno appurato che l’aumento di energia si è verificato, ma non hanno registrato quale fascio ha ottenuto l’energia, il che significa che l’energia aggiunta è stata condivisa da entrambi i fasci, il segno distintivo di entanglement quantico. Il delicato stato entangled è durato solo una frazione di secondo, ha riferito il team su Nature.
Mika Sillanpää, un fisico dell’Università di Aalto in Finlandia, e i suoi colleghi hanno adottato un approccio diverso, producendo coppie di teste di tamburo in alluminio, o dischi vibranti, della larghezza di un capello umano su un chip di silicio. Dopo aver raffreddato il setup, i ricercatori hanno usato le microonde per spingere le teste del tamburo in movimenti correlati — quando uno pulsava in su e giù, l’altro pulsava in modo contrario. Una seconda serie di impulsi a microonde ha sondato i movimenti, e un’analisi dei segnali ha mostrato le teste del tamburo condiviso un unico stato quantico, come riportato dal team in un secondo documento su Nature. “Quando abbiamo preso i dati, non sapevamo se il sistema fosse in uno stato entangled o meno,” dice Sillanpää. “Si scopre che la risposta è stata positiva.” L’entanglement può durare a tempo indeterminato, dice, finché le teste dei tamburi rimangono immerse nel loro bagno a microonde.
Le due configurazioni hanno applicazioni potenziali diverse. Gröblacher ha progettato i suoi fasci in modo che vibrassero alla stessa velocità della luce trasmessa attraverso la fibra ottica, per renderli compatibili con i sistemi di telecomunicazione esistenti. Il setup è “completamente ingegnerizzabile”, dice Gröblacher.
Se riuscisse a far durare di più gli stati entangled e ad aumentare la distanza tra i chip, tali dispositivi potrebbero fungere da nodi in un eventuale internet quantistico che potrebbe trasmettere informazioni ultrasicure tra i futuri computer quantici.
Sillanpää dice che le sue teste a tamburo possono essere più adatti alla misurazione di precisione. Poiché i sensori quantici sono così sensibili, eccellono nel captare segnali estremamente deboli come le onde gravitazionali, le ondulazioni spazio-temporali su cui l’esplorazione astronomica si sta dirigendo. Come i dispositivi diventano più grandi, potrebbero anche testare le teorie di gravità che estendono la teoria generale della relatività di Einstein nel regno quantistico, collegando due aree della fisica che sono rimasti ostinatamente separati.
Entrambi gli esperimenti hanno pro e contro, dice John Teufel, un fisico del National Institute of Standards and Technology a Boulder, Colorado. L’entanglement dei fasci laser di Gröblacher era di breve durata, ma è stato individuato con certezza. L’entanglement di Sillanpää era più duraturo, ma il suo team aveva bisogno di una complicata catena di ragionamenti teorici per dedurre che i movimenti delle teste del tamburo erano veramente intrecciati. “Idealmente, quello che vorremmo… è un po’ di entrambi,” dice Teufel. Indipendentemente da ciò, dice, i risultati sono “alcuni primi passi molto eccitanti.”
Tradotto in Italiano. Articolo originale: Science
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