Gatto del Cheshire: l’effetto quantistico dello Stregatto

Recenti studi mettono in discussione l’interpretazione iniziale dell’effetto quantistico del gatto del Cheshire, evidenziando il ruolo della contestualità nella meccanica quantistica

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Gatto del Cheshire: l’effetto quantistico dello Stregatto
Gatto del Cheshire: l’effetto quantistico dello Stregatto

Recenti studi mettono in discussione l’interpretazione iniziale dell’effetto quantistico del gatto del Cheshire, evidenziando il ruolo della contestualità nella meccanica quantistica. Questa ricerca suggerisce che la separazione percepita delle particelle e delle loro proprietà è il risultato di come vengono misurati i sistemi quantistici, non un fenomeno fisico reale.

Ciò che realmente accade è molto più strano e potrebbe aiutarci a capire di più sulla meccanica quantistica.

L’effetto quantistico 

Il gatto del Cheshire, chiamato Stregatto nella storia di Alice nel Paese delle Meraviglie, è riuscito a scomparire lasciando dietro di sé solo il suo sorriso. Allo stesso modo, in un articolo del 2013, i ricercatori hanno affermato che le particelle quantistiche sono in grado di separarsi dalle loro proprietà. Da allora i ricercatori hanno affermato di estendere ulteriormente questo concetto, scambiando proprietà disincarnate tra particelle, liberando più proprietà simultaneamente e persino “separando la dualità onda-particella” di una particella.

Contestualità nella meccanica quantistica

Tuttavia, una recente ricerca, pubblicata sulla rivista New Journal of Physics, indica che questi esperimenti in realtà non mostrano che le particelle si scindono dalle loro proprietà, ma presentano invece un’altra caratteristica controintuitiva della meccanica quantistica: la contestualità.

La meccanica quantistica è lo studio del comportamento della luce e della materia su scala atomica e subatomica. Per sua natura, la meccanica quantistica è controintuitiva. Il team di ricerca si è proposto di comprendere a fondo questa natura, esplorando al tempo stesso i vantaggi pratici.

“La maggior parte delle persone sa che la meccanica quantistica è strana, ma identificare le cause di questa stranezza è ancora un’area di ricerca attiva. È stata formalizzata in una nozione chiamata contestualità: cioè che i sistemi quantistici cambiano a seconda delle misurazioni effettuate su di essi”, ha dichiarato Jonte Hance, ricercatore presso l’Università di Hiroshima e l’Università di Bristol.



Una sequenza di misurazioni su un sistema quantistico produrrà risultati diversi a seconda dell’ordine in cui vengono eseguite le misurazioni. Ad esempio, se misuriamo dove si trova una particella e poi quanto velocemente viaggia, ciò darà risultati diversi rispetto alla misurazione prima della velocità con cui viaggia e poi della sua posizione. A causa di questa contestualità, si può osservare che i sistemi quantistici hanno proprietà che ci aspetteremmo siano reciprocamente incompatibili.

“Tuttavia, ancora non capiamo le cause di ciò, quindi vogliamo indagare utilizzando lo scenario paradossale del gatto del Cheshire come banco di prova”, ha aggiunto Hance.

Il semplice interferometro utilizzato nello scenario quantistico del gatto del Cheshire, dove un fotone viene preparato nello stato entangled ECC con polarizzazione del percorso, ma viene considerato solo se arriva sul percorso di uscita + con polarizzazione D. Il paradosso sorge quando consideriamo il percorso del fotone, polarizzazione e correlazione percorso-polarizzazione, mentre si trova all'interno dell'interferometro. Credito: Jonte R Hance et al 2023 Nuovo J. Phys. 25 113028
Il semplice interferometro utilizzato nello scenario quantistico del gatto del Cheshire, dove un fotone viene preparato nello stato entangled ECC con polarizzazione del percorso, ma viene considerato solo se arriva sul percorso di uscita + con polarizzazione D. Il paradosso sorge quando consideriamo il percorso del fotone, polarizzazione e correlazione percorso-polarizzazione, mentre si trova all’interno dell’interferometro. Credito: Jonte R Hance et al 2023 Nuovo J. Phys. 25 113028

Ridefinire il gatto del Cheshire

Il team ha osservato che il problema con il paradosso quantistico del gatto del Cheshire è che la sua affermazione originale, secondo cui la particella e le sue proprietà, come lo spin o la polarizzazione, si separano e viaggiano lungo percorsi diversi, potrebbe essere una rappresentazione fuorviante della fisica effettiva della situazione.

“Vogliamo correggere questo problema mostrando che si ottengono risultati diversi se un sistema quantistico viene misurato in modi diversi, e che l’interpretazione originale del gatto del Cheshire si ottiene solo se si combinano i risultati di queste diverse misurazioni in un modo molto specifico, e ignorare il cambiamento legato alla misurazione”, ha affermato Holger Hofmann, professore all’Università di Hiroshima.

Il team ha analizzato il protocollo del gatto del Cheshire esaminando la relazione tra tre diverse misurazioni riguardanti il ​​percorso e la polarizzazione di un fotone. Se il sistema non fosse stato contestuale, ciò sarebbe sembrato risultare in una contraddizione logica.

Il loro articolo discute di come questo comportamento contestuale si collega a valori deboli e alle coerenze tra gli stati proibiti. Attraverso il loro lavoro, hanno dimostrato che invece di una proprietà della particella che è disincarnata, il gatto quantistico del Cheshire dimostra invece gli effetti di queste coerenze, tipicamente presenti nei sistemi pre e post selezionati.

Ricerca futura e contestualità quantistica

Guardando al futuro, il team vuole espandere questa ricerca, per trovare un modo per unificare gli effetti quantistici paradossali come manifestazioni di contestualità e per spiegare una volta per tutte come e perché le misurazioni modificano i sistemi quantistici.

“Questo non solo ci aiuterà a spiegare finalmente perché la meccanica quantistica è così controintuitiva, ma ci aiuterà anche a sviluppare modi per utilizzare questa stranezza per scopi pratici. Dato che la contestualità è intrinsecamente legata a scenari in cui esiste un vantaggio quantistico rispetto alle soluzioni classiche per un dato problema, solo comprendendo la contestualità saremo in grado di realizzare l’intero potenziale, ad esempio, dell’informatica quantistica”, ha concluso Hance.

Fonte: New Journal of Physics

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