Fisica quantistica: un fotone per l’entanglement tra oggetti macroscopici

entanglement oggetti macroscopici
La condivisione di un singolo fotone crea un entanglement tra due distinti impulsi di luce laser.

Produrre entanglement tra oggetti macroscopici, per portare la magia del mondo dei quanti nella vita quotidiana. E’ la sfida, al confine tra fisica classica e fisica quantistica, vinta dai ricercatori dell’Istituto nazionale di ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino) guidati da Marco Bellini e Alessandro Zavatta. In un articolo apparso sulla rivista Physical Review Letters, il team ha presentato un metodo innovativo per “legare” attraverso l’entanglement oggetti macroscopici distinti, facendo loro condividere un singolo fotone.

Entanglement dal micro al macromondo

L’entanglement è la particolare forma di correlazione prevista dalla meccanica quantistica per cui due oggetti distinti possono rimanere indissolubilmente “legati” anche se portati a distanze astronomiche. Un fenomeno apparentemente paradossale a cui anche Einstein si rifiutava di credere ma che è stato osservato tra vari tipi di particelle microscopiche e oggi è alla base delle possibili applicazioni delle cosiddette tecnologie quantistiche, con la promessa di comunicazioni più sicure, computer ultrapotenti, e misurazioni di precisione adesso inimmaginabile. ‘Rimane però ancora da chiarire se e come anche oggetti macroscopici, composti cioè da un elevato numero di particelle, possano manifestare un tale comportamento”, dice Zavatta, ricercatore del Cnr-Ino. Le bizzarre correlazioni tra particelle previste nell’entanglement, infatti, svaniscono al crescere delle dimensioni degli oggetti coinvolti: a scala macroscopica le cose tornano rapidamente a comportarsi secondo le regole della fisica classica, quelle che tutti sperimentano quotidianamente.

Un fotone per due

Gli autori dello studio su Physical Review Letters hanno trovato un metodo per riprodurre la “magia del mondo del quanti“ a livello macroscopico utilizzando come collante un fotone. “Nel nostro esperimento, un singolo fotone, la particella elementare della luce, viene aggiunto contemporaneamente a due diversi fasci laser. A differenza degli oggetti comuni e grazie alle proprietà della meccanica quantistica, particelle indivisibili come i fotoni possono infatti delocalizzarsi, trovarsi cioè allo stesso tempo in due posizioni distinte”, dice Nicola Biagi, assegnista Cnr-Ino e primo autore della ricerca. Un solo fotone, delocalizzato con le sofisticate tecniche messe a punto dai ricercatori Cnr, ha fatto da collante “legando” attraverso l’entanglement due impulsi di luce distinti e indipendenti, composti ognuno da molte decine di fotoni.

Capire e sfruttare la magia dei quanti

I due impulsi laser utilizzati nell’esperimento sono molto deboli, ma in principio la tecnica non ha limitazioni e potrebbe quindi essere estesa a sistemi sempre più grandi. “La creazione di correlazioni quantistiche tra oggetti macroscopici è un obiettivo affascinante”, conclude Marco Bellini del Cnr-Ino “che, oltre a rispondere a domande di tipo fondamentale su come la meccanica quantistica possa fondersi con la fisica classica, ci fornirà nuovi strumenti per lo scambio di comunicazioni inviolabili e per la realizzazione di misure sempre più sensibili e precise”.

Fonte: Entangling Macroscopic Light States by Delocalized Photon Addition