L’entanglement quantistico si distingue di nuovo. Un gruppo di ricerca ha osservato l’entanglement in miliardi di miliardi di elettroni che fluiscono in un metallo strano, ovvero con particolari proprietà quanto-meccaniche e magnetiche che non si manifestano negli altri metalli. Si tratta di un caso insolito in cui l’entanglement quantistico è visibile su un flusso di elettroni in un metallo che ha subito una transizione di fase quantistica ad una temperatura dello zero assoluto. Meccanica quantistica, fisica delle particelle e dei materiali si combinano insieme in un risultato, pubblicato su Science, che potrà aprire le porte allo studio di nuove tecnologie per i computer del futuro. La ricerca complessa è frutto del lavoro degli scienziati che hanno realizzato l’esperimento, dell’università Rice, che ne dà notizia, e dell’Università tecnica di Vienna.
Una lunga attesa
Anche se in assoluto non è la prima volta che miliardi di particelle risultano entangled (vedi questo studio su Nature), in questo caso la novità sta nella concezione della ricerca, nel risultato e nel materiale utilizzato. Il fisico teorico Qimiao Si dell’università Rice a Houston, coautore del paper, ha trascorso più di due decenni a studiare cosa succede quando questi metalli strani e i superconduttori ad alta temperatura cambiano la loro fase quantistica. Capire cosa accade fisicamente potrà aprire le porte a nuove tecnologie nell’informatica, nelle comunicazioni e in diversi altri settori.
Gli autori pianificavano questo test già da 15 anni, ma all’epoca non c’erano le tecnologie necessarie. Ma dal 2016 la situazione è cambiata e la strumentazione complessa (un particolare microscopio e uno spettrometro terahertz) ha consentito di realizzare l’esperimento.
Il materiale
I ricercatori hanno esaminato il comportamento elettronico e magnetico di uno “metallo strano”, come lo definiscono appunto gli autori, composto da itterbio, rodio e silicio. Il materiale va incontro a una transizione fra due fasi quantistiche – il passaggio fra stati (quantici) della materia che si trova a temperatura prossima allo zero assoluto – ben note agli scienziati. Nella transizione fra una fase e un’altra, cambia l’assetto magnetico del materiale e questo è alla base delle osservazioni dei ricercatori.
La stranezza dei metalli
“Con questi metalli strani, c’è un’insolita connessione fra la resistenza elettrica e la temperatura”, spiega l’autrice Silke Bühler-Paschen dell’Università tecnica di Vienna. Al contrario di ciò che avviene in metalli come l’oro o il rame, questo collegamento non sembra dovuto ai movimenti termici degli atomi. “Ma a fluttuazioni quantistiche alla temperatura dello zero assoluto”.
L’entanglement quantistico
Il segno distintivo, la firma che siamo al punto critico quantistico (in cui avviene questa transizione) è l’osservazione del fenomeno dell’entanglement quantistico degli elettroni. “Quando ci riferiamo all’entanglement quantistico, pensiamo a minuscoli corpi”, ha spiegato Si. “Non lo associamo a oggetti macroscopici. Ma ad un punto quantistico critico, i corpi assumono un comportamento collettivo tale da poter osservare gli effetti dell’entanglement, anche in un film metallico che contiene miliardi di miliardi di oggetti quantomeccanici”. In pratica l’entanglement è stato osservato nel materiale realizzato e non studiando fotoni con complesse apparecchiature, come in diversi esperimenti precedenti.
“L’entanglement quantistico è alla base della conservazione e dell’elaborazione dell’informazione quantistica”, ha spiegato Qimiao Si, e per questo la meccanica quantistica combinata con lo studio dei materiali rappresenta una delle frontiere tecnologiche del futuro.
L’entanglement quantistico è un complesso e misterioso fenomeno della meccanica quantistica, definito da Einstein come “spaventosa azione a distanza”. Secondo la meccanica quantistica è possibile realizzare un sistema in cui due particelle sono intrinsecamente collegate e questa unione ha effetti sul sistema fisico: qualsiasi azione o misura sulla prima ha un effetto istantaneo anche sulla seconda (e viceversa) anche se si trova a distanza. Ma oggi i ricercatori l’hanno rilevato, a coppie, su miliardi di particelle, tanto da riguardare un sistema macroscopico.
Via: Wired.it
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