L’entanglement quantistico è il legame di due particelle, anche molto distanti tra loro, in modo che le loro rispettive proprietà sono collegate in un modo non spiegabile secondo le regole della fisica classica.
È un fenomeno strano che Einstein descrisse come “azione spettrale a distanza“, ma la sua stranezza è ciò che lo rende così affascinante per gli scienziati. In una nuova ricerca, l’entanglement quantistico è stato osservato e registrato direttamente su scala macroscopica, una scala molto più grande delle particelle subatomiche normalmente associate a questo fenomeno.
Le dimensioni coinvolte sono ancora molto piccole dal nostro punto di vista – questi esperimenti hanno coinvolto due minuscoli tamburi di alluminio larghi un quinto di un capello umano – ma nel regno della fisica quantistica sono assolutamente enormi.
“Se si analizzano i dati di posizione e quantità di moto per i due tamburi in modo indipendente, ognuno di essi sembra semplicemente caldo“, spiega il fisico John Teufel, del National Institute of Standards and Technology (NIST) degli Stati Uniti.
“Ma guardandoli insieme, possiamo vedere che quello che sembra un movimento casuale di un tamburo è altamente correlato con l’altro, in un modo che è possibile solo attraverso l’entanglement quantistico“.
Anche se non c’è prova che l’entanglement quantistico non possa accadere con oggetti macroscopici, prima d’ora si pensava che gli effetti non fossero evidenti su scale più grandi – o forse che la scala macroscopica fosse governata da un altro insieme di regole.
Questa nuova ricerca suggerisce che non è così. In effetti, le stesse regole quantistiche si applicano anche qui e possono essere perfino visualizzate. I ricercatori hanno fatto vibrare le minuscole membrane dei tamburi utilizzando fotoni a microonde e le hanno mantenute in uno stato sincronizzato in termini di posizione e velocità.
Entanglement quantistico su scala macroscopica
Per evitare interferenze esterne, un problema comune con gli stati quantistici, i tamburi sono stati raffreddati, intrecciati e misurati in fasi separate mentre si trovavano all’interno di un involucro refrigerato criogenicamente. Gli stati dei tamburi sono stati quindi codificati in un campo di microonde riflesso che funziona in modo simile al radar.
Studi precedenti avevano già riportato osservazioni sull’entanglement quantistico a livello macroscopico, ma la nuova ricerca va oltre: tutte le misurazioni necessarie sono state registrate anziché dedotte e l’entanglement è stato generato in modo deterministico e non casuale.
In una serie di esperimenti correlati ma separati, i ricercatori hanno mostrato come sia possibile misurare la posizione e la quantità di moto delle due membrane contemporaneamente.
“Nel nostro lavoro, le membrane mostrano un movimento quantistico collettivo“, dice il fisico Laure Mercier de Lepinay, dell’Università di Aalto in Finlandia. “I tamburi vibrano in una fase opposta l’uno all’altro, in modo tale che quando uno di essi si trova in una posizione finale del ciclo di vibrazione, l’altro è contemporaneamente nella posizione opposta“.
“In questa situazione, l’incertezza quantistica del movimento dei tamburi viene annullata se i due tamburi vengono trattati come un’entità meccanica quantistica“.
La notizia importante in questa ricerca è che aggira il Principio di indeterminazione di Heisenberg – l’idea che posizione e slancio non possano essere misurati perfettamente allo stesso tempo. Il principio afferma che la registrazione di una delle misurazioni interferirà con l’altra attraverso un processo chiamato azione di ritorno quantistica.
Oltre a sostenere l’altro studio per dimostrare l’entanglement quantistico macroscopico, questo particolare pezzo di ricerca utilizza quell’entanglement per evitare l’azione di ritorno quantistica, essenzialmente indagando la linea tra la fisica classica (dove si applica il Principio di incertezza) e la fisica quantistica (dove non lo fa. sembra).
Una delle potenziali applicazioni future di entrambe le serie di scoperte è nelle reti quantistiche: essere in grado di manipolare e intrappolare oggetti su scala macroscopica in modo che possano alimentare le reti di comunicazione di prossima generazione.
“A parte le applicazioni pratiche, questi esperimenti affrontano fino a che punto gli esperimenti possono spingere l’osservazione di fenomeni chiaramente quantistici nel regno macroscopico“, scrivono i fisici Hoi-Kwan Lau e Aashish Clerk, che non erano coinvolti negli studi, in un commento alla nuova ricerca.
Sia il primo che il secondo studio sono stati pubblicati su Science.
