Il Premio Nobel per la Fisica 2022 è stato assegnato a tre scienziati il cui lavoro ha aperto la strada a uno dei test più affascinanti nel mondo della meccanica quantistica, contraddicendo Einstein e scoprendo lo strano fenomeno del teletrasporto quantistico.
Premio Nobel per la fisica a Clauser, Aspect e Zeilinger
John F. Clauser, Alain Aspect e Anton Zeilinger hanno vinto il premio Nobel da 10 milioni di corone svedesi ($ 915.000) per “esperimenti con fotoni entangled, che hanno stabilito la violazione delle disuguaglianze di Bell e hanno aperto la strada alla scienza dell’informazione quantistica”, ha annunciato martedì 4 ottobre la Royal Swedish Academy of Sciences, che è responsabile della selezione dei premi Nobel per la fisica.
Il lavoro del trio si concentra sull’entanglement quantistico, un processo in cui due o più particelle quantistiche sono accoppiate in modo che qualsiasi cambiamento in una particella porti a un cambiamento simultaneo nell’altra, anche se sono separate da distanze vaste, anche infinite. Questo effetto offre ai computer quantistici la capacità di eseguire più calcoli contemporaneamente, aumentando esponenzialmente la loro potenza di elaborazione rispetto a quella dei dispositivi convenzionali.
Quando le previsioni controintuitive proposte dalla meccanica quantistica, in cui l’entanglement quantistico era una di esse, furono discusse per la prima volta nel 1935, non tutti i fisici erano a proprio agio con le implicazioni. Albert Einstein soprannominò il fenomeno “azione spettrale a distanza” e sostenne che l’effetto si verificasse effettivamente perché le particelle contenevano variabili nascoste, o istruzioni, che avevano già predeterminato i loro stati. Ciò significava che non c’era bisogno del teletrasporto, dopotutto.
Einstein si sbagliava
I tre fisici che hanno vinto il premio Nobel di oggi hanno dimostrato che Einstein si sbagliava. I loro esperimenti pratici, costruiti su basi stabilite per la prima volta negli anni ’60 dal fisico teorico John Stewart Bell, hanno mostrato che il mondo fisico è meglio descritto non dal modello discreto della palla da biliardo della fisica newtoniana, ma piuttosto da un modello di particelle ondulate che si influenzano l’un l’altro istantaneamente su enormi distanze.
“Ciò che oggi è considerato logico, misurabile e quantificabile è stato inizialmente dibattuto da Niels Bohr e Albert Einstein in termini filosofici. John Bell trasformò il dibattito filosofico in scienza e fornì previsioni verificabili che hanno lanciato il lavoro sperimentale”, ha affermato Eva Olsson, membro del comitato del Nobel per la fisica, durante l’annuncio del comitato martedì 4 ottobre. Olsson sostiene che i tre scienziati che hanno ricevuto il premio Nobel di quest’anno “hanno raccolto le sfide di Bell e le hanno affrontate nei loro laboratori”.
Il lavoro è iniziato nel 1972, quando John F. Clauser, un fisico americano che ora è a capo della società di ricerca e consulenza JF Clauser and Associates, e il suo collega Stuart Freedman hanno ideato il primo test delle idee di Bell facendo scontrare atomi di calcio per emettere coppie di fotoni entangled (particelle di luce), prima di farli passare attraverso i filtri per colpire i rivelatori. Questo esperimento ha dimostrato con successo che lo stato di un fotone dipendeva da come veniva misurato l’altro, sul lato opposto dell’esperimento, e che il cambiamento avveniva più velocemente di quanto la luce potesse viaggiare. “Un’azione spettrale a distanza” – suggerivano i loro risultati – potrebbe, infatti, essere reale.
Ma alcuni critici indicarono lacune nella progettazione dell’esperimento di Clauser e Freedman. Uno dei più importanti era che la misurazione fosse preimpostata, con i filtri che facevano sì che i fotoni scegliessero il loro stato fissati prima che le particelle di luce venissero inviate in volo. Ciò significava che le informazioni nascoste potevano ancora esistere, con gli osservatori che selezionavano solo fotoni i cui stati sembravano strettamente legati ed escludevano altri che potevano dimostrare un risultato diverso.
Nel 1980, Alain Aspect, fisico dell’Université Paris-Saclay, Parigi, perfezionò l’esperimento, rendendolo più efficiente e utilizzando un dispositivo per cambiare in modo casuale la configurazione dei filtri in modo che l’esito di qualsiasi misurazione non fosse più nemmeno lontanamente influenzato dagli sperimentatori. I risultati furono gli stessi di prima. Le prove indicavano in modo schiacciante che la meccanica quantistica fosse istantanea nella sua portata.
Poi, nel 1989, il fisico austriaco Anton Zeilinger, dell’Università di Vienna, costruì su queste basi, utilizzando un disegno sperimentale più sofisticato, più fotoni e dimostrò persino che è possibile spostare tutte le informazioni da una particella a un’altra. Zeilinger mostrò anche che l’effetto avveniva ancora su enormi distanze, con particelle aggrovigliate a 89 miglia (143 chilometri) di distanza, che si comportavano ancora secondo le previsioni quantistiche.
Questo lavoro ha consentito la creazione di reti quantistiche sempre più grandi, segnando l’inizio dei nascenti computer quantistici di oggi.
“La scienza dell’informazione quantistica è un campo vivace e in rapido sviluppo. Ha implicazioni ampie e potenziali in aree come il trasferimento sicuro delle informazioni, l’informatica quantistica e la tecnologia di rilevamento”, ha affermato Olsson. “Le sue previsioni hanno aperto le porte a un altro mondo e ha anche scosso le basi stesse del modo in cui interpretiamo le misurazioni”.
