Cover di Advanced Quantum Technologies
July 30, 2020Ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ottica del CNR hanno ideato e dimostrato in un esperimento descritto su Physical Review Letters, una tecnica generale per produrre entanglement tra oggetti macroscopici attraverso la condivisione di un singolo fotone delocalizzato. Tale risultato permetterà di indagare meglio il confine tra fisica classica e quantistica e apre la strada a nuove tecnologie sempre più sicure, precise ed efficienti.
L’entanglement è una particolare forma di correlazione prevista dalla meccanica quantistica per cui due oggetti rimangono indissolubilmente “legati” anche se allontanati a distanze astronomiche. Nonostante la sua natura apparentemente paradossale, a cui anche Einstein si rifiutava di credere, l’entanglement è già osservato sperimentalmente tra molti tipi di particelle microscopiche ed è alla base di molte nuove possibili applicazioni delle cosiddette tecnologie quantistiche, che spaziano dalle comunicazioni sicure, ai computer ultrapotenti, fino alla possibilità di effettuare misure e rivelare sostanze con sensibilità e precisioni adesso inimmaginabili.
Le strane correlazioni previste dall’entanglement smettono però di funzionare non appena gli oggetti da legare diventano di dimensioni macroscopiche. In questo caso, la magia quantistica svanisce e gli oggetti tornano rapidamente a comportarsi come ci si aspetta che facciano nel mondo di tutti i giorni, perdendo così tutti i vantaggi del mondo dei quanti.
Ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ottica del CNR (CNR-INO) di Sesto Fiorentino, guidati da Marco Bellini e Alessandro Zavatta, hanno ideato e dimostrato, in un articolo apparso sulla prestigiosa rivista Physical Review Letters, un metodo generale per creare entanglement anche tra oggetti macroscopici.
Nel loro esperimento, un singolo fotone, la particella elementare della luce, viene aggiunto contemporaneamente a due diversi fasci laser. A differenza degli oggetti comuni e grazie alle proprietà della meccanica quantistica, particelle microscopiche indivisibili come i fotoni possono infatti delocalizzarsi, trovarsi cioè allo stesso tempo in due posizioni distinte. Con le sofisticate tecniche messe a punto dai ricercatori CNR, un solo fotone delocalizzato ha quindi costituito il collante per tenere “legati” attraverso l’entanglement due diversi impulsi di luce (vedi figura), ognuno a sua volta formato da molte decine di fotoni, e fino a quel momento completamente indipendenti.
Anche se i due impulsi laser utilizzati in questo primo esperimento sono ancora debolissimi, in principio la tecnica non pone limitazioni sulle dimensioni e sul numero degli oggetti da collegare quantisticamente e potrebbe quindi essere estesa a sistemi sempre più grandi. La creazione di correlazioni quantistiche tra oggetti macroscopici è un obiettivo affascinante che, oltre a rispondere a domande di tipo fondamentale su come la meccanica quantistica possa fondersi con la fisica classica, ci fornirà nuovi strumenti per lo scambio di comunicazioni inviolabili e per la realizzazione di misure sempre più sensibili e precise.
“Entangling Macroscopic Light States by Delocalized Photon Addition” Nicola Biagi, Luca S. Costanzo, Marco Bellini, and Alessandro Zavatta, Physical Review Letters 124, 033604 (2020)
DOI: 10.1103/PhysRevLett.124.033604