24 febbraio 2016
La correlazione quantistica a distanza che lega tra loro diverse particelle è stata stabilita per la
prima volta per quattro vettori dell’interazione elettromagnetica. Il risultato fa progredire non
solo la conoscenza di base su questo tipo di sistemi fisici, ma anche la capacità di manipolarli e
sfruttarli in prospettiva per il calcolo quantistico (red)
da lescienze.it
L’entanglement, la correlazione a distanza che secondo le leggi della meccanica quantistica può
legare stati di particelle lontane tra loro, può essere stabilito anche tra i momenti angolari di
ben quattro fotoni. Lo hanno dimostrato per la prima volta ricercatori dell’Università di Leiden,
nei Paesi Bassi, guidati da Wolfgang Löffler, che firmano un articolo sulle “Physical Review
Letters”. Questo risultato è un importante passo in avanti nell’ambito della ricerche mirate alla
realizzazione di computer quantistici, che dovrebbero surclassare quelli convenzionali per potenza
di calcolo.
Il momento angolare orbitale dei fotoni, scoperto in un esperimento effettuato proprio
all’Università di Leiden nel 1992, è una grandezza fisica su cui si sono concentrate di recente le
attenzioni dei fisici teorici e di quelli sperimentali. Si tratta dell’analogo quantistico del
momento angolare, una grandezza fondamentale che, nella meccanica classica, è associata al moto di
rotazione di un corpo intorno a un asse. L’analogia è dovuta al fatto che quando un’onda
elettromagnetica si propaga nello spazio, in certe condizioni, i fronti d’onda possono avvolgersi a
spirale attorno alla direzione di propagazione. In questo caso i fotoni, i quanti di luce, associati
all’onda, hanno quindi un momento angolare orbitale.
Parte dell’interesse destato da questa grandezza è dovuto al fatto che i momenti angolari orbitali
di due particelle possono essere legati tra loro dall’entanglement, una correlazione a distanza che
tanto aveva perplesso Albert Einstein. Quando due particelle, opportunamente preparate, sono
entangled, una misurazione effettuata su una fa “collassare” lo stato della particella misurata su
un dato valore e contemporaneamente anche lo stato della secondo particella, indipendentemente dalla
distanza a cui si trova, su un altro valore.
Alcuni recenti esperimenti hanno prodotto l’entanglement tra i momenti angolari orbitali di due
fotoni, mentre il gruppo di Löffler, per la prima volta, è riuscito a ottenerlo per ben quattro
fotoni, facendo in modo che passassero nello stesso istante in un cristallo.
Il risultato è importante perché fa progredire non solo la conoscenza di base su questo tipo di
sistemi fisici, ma anche la capacità di manipolarl e sfruttarli in prospettiva per il calcolo
quantistico. Le grandezze fisiche associate ad atomi e fotoni, infatti, possono essere usate per
codificare i qubit, l’analogo quantistico dei bit, le unità d’informazione binaria.
Mente i bit possono assumere i valori “0” e “1” in corrispondenza dei due stati di un interruttore
elettrico in un computer convenzionale, i qubit potrebbero assumere molti più valori, grazie alla
capacità dei sistemi microscopici di assumere diversi stati o contemporaneamente una loro
sovrapposizione. La quantità d’informazione codificabile sarebbe quindi maggiore, e il calcolo
quantistico potrebbe essere estremamente più potente rispetto al calcolo convenzionale.
L’entanglement, d’altra parte, è la base ideale per comunicazioni perfetto nel calcolo quantistico.
journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.116.073601
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