A caccia di intrecci quantistici

Entanglement, per un fisico che si occupa di meccanica quantista, è sinonimo di problema. In un sistema entangled, infatti, le proprietà delle singole parti possono essere determinate solo alla luce dello stato complessivo del sistema. Una delle sfide più complesse della meccanica quantistica è quella di fornire una stima quantitativa, ottenuta sperimentalmente, di questo “intreccio”. A vincerla è stato un gruppo di ricerca italiano coordinato da Matteo Paris del Dipartimento di Fisica  dell’Università Statale di Milano, grazie a uno studio i cui risultati sono stati pubblicati su Physical Review Letters.

Il concetto di entanglement, assente nella meccanica classica, è abbastanza controintuitivo. Uno degli aspetti più sorprendenti è che la correlazione tra le parti del sistema si manifesta anche quando queste sono molto lontane nello spazio e anche quando hanno smesso di interagire. Nel nuovo lavoro, i ricercatori descrivono un esperimento per misurare i sistemi entangled, ideato e messo in pratica insieme all’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (Inrim) e alla Fondazione Isi di Torino.

I fisici hanno generato coppie di fotoni entangled con diversa polarizzazione (i fotoni possono infatti essere descritti come pacchetti di onde trasversali, di cui la polarizzazione indica la direzione di oscillazione dell’onda, in maniera simile a quanto avviene in una corda). Variando la loro polarizzazione, i ricercatori hanno potuto quindi creare un sistema a entanglement variabile. La stima dell’entanglement è stata condotta preparando diversi possibili cammini per i fotoni ed osservando come essi interferiscono fra di loro lungo questi percorsi. In base alla Meccanica Quantistica, l’interferenza dipende infatti da quanto e come i fotoni si sono distribuiti sui vari cammini.

Con opportuni rivelatori per contare i fotoni al termine del loro percorso, i ricercatori sono risaliti alla loro correlazione quantistica ed hanno stimato l’entanglement. Secondo gli autori si tratta di una misura realizzata con la massima precisione permessa dalle leggi della Meccanica Quantistica. Una misura che potrà essere estesa a sistemi più generici di stati di fotoni entangled in futuro.

Questo risultato è di grande interesse perché permette di ottenere valutazioni quantitative che sono fondamentali per poter utilizzare l’entanglement in nuove applicazioni tecnologiche, per esempio nella trasmissione e l’elaborazione delle informazioni e nella crittografia. Secondo Paris, queste tecnologie consentiranno un domani di realizzare i cosiddetti computer quantistici, che saranno estremamente più veloci di quelli attuali. (m.r.)

Riferimenti: Physical Review Letters DOI:10.1103/PhysRevLett.104.100501