Ricercatori dell’Università di Firenze, CNR-INO, INFN e LENS hanno osservato “entanglement” stazionario tra il moto di una nanoparticella levitante e la luce che si propaga da una cavità ottica, a temperatura ambiente.

L’entanglement è uno dei fenomeni più caratteristici della meccanica quantistica: due sistemi possono condividere correlazioni che non trovano spiegazione nella fisica classica e che sfidano il senso comune. Generare questo tipo di legame tra la luce e il movimento di un oggetto materiale è da tempo uno degli obiettivi della ricerca fisica, in particolare nel campo noto come optomeccanica quantistica.

Nell’esperimento, una sfera di vetro di circa 100 nanometri di diametro viene mantenuta sospesa nel vuoto mediante una pinzetta ottica (un fascio laser fortemente focalizzato), e posta all’interno di un risuonatore (cavità ottica) formato da una coppia di specchi. Due diversi laser svolgono ruoli complementari: uno raffredda e stabilizza il moto della particella, mentre l’altro genera le correlazioni quantistiche responsabili dell’entanglement.

L’aspetto più rilevante è che le correlazioni non rimangono confinate nella cavità: vengono trasferite alla luce che ne esce e si propaga nello spazio. In questo modo il moto della nanoparticella, un sistema quantistico localizzato, viene collegato a un campo luminoso che può trasportare informazione verso un altro luogo. È proprio questa connessione tra sistemi “stazionari” e “volanti” a rendere il risultato interessante per future reti quantistiche.

Per verificare l’entanglement, i ricercatori hanno misurato con rivelazione eterodina la luce in uscita dalla cavità e ricostruito le correlazioni tra il campo ottico e il moto della nanosfera. Il parametro utilizzato per certificare l’entanglement scende al di sotto della soglia di separabilità, posta ad 1, raggiungendo sperimentalmente un valore minimo di 0,918 ± 0,029. L’effetto si mantiene inoltre su un intervallo di frequenze superiore a 40 kHz, mostrando una buona robustezza rispetto alle condizioni operative.

Un elemento importante è che l’esperimento funziona in regime stazionario e a temperatura ambiente, senza richiedere condizioni criogeniche. Questo rende i sistemi optomeccanici levitati particolarmente promettenti per il trasferimento e l’immagazzinamento di stati quantistici.

Più in generale, controllare fenomeni quantistici in oggetti sempre più massicci può offrire nuovi strumenti per esplorare il confine tra mondo quantistico e macroscopico e, in prospettiva, per affrontare questioni fondamentali come la possibile natura quantistica della gravità.

Reference: Q Deplano et al., Science (2026). DOI: 10.1126/science.aeh1375

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