Credits: University of Glasgow

Intro: “azione spettrale a distanza”

Questa straordinaria immagine, catturata l’anno scorso dai fisici dell’Università di Glasgow in Scozia, è la prima foto in assoluto dell’entanglement quantistico – un fenomeno così strano che il fisico Albert Einstein lo ha notoriamente descritto come “azione spettrale a distanza“.

Potrebbe non sembrare molto, ma basta fermarsi a pensarci un attimo: questa immagine grigia e confusa era la prima volta che mostravsa l’interazione delle particelle che sta alla base della strana scienza della meccanica quantistica e che costituisce la base del calcolo quantistico.

L’entanglement quantistico si verifica quando due particelle sono legate indissolubilmente e qualsiasi cosa accada all’una influisce immediatamente sull’altra, indipendentemente dalla distanza tra loro. Da qui la descrizione “dell’azione spettrale a distanza”.

Questa particolare foto mostra l’entanglement tra due fotoni – due particelle luminose. Stanno interagendo e – per un breve momento – condividendo stati fisici.

Paul-Antoine Moreau, primo autore del documento in cui l’immagine è stata presentata nel luglio 2019, ha detto alla BBC che l’immagine è “un’elegante dimostrazione di una proprietà fondamentale della natura“.

La ricerca è stata pubblicata su Science Advances.

L’esperimento

Per catturare l’incredibile foto Moreau e un team di fisici hanno creato un sistema che ha fatto esplodere flussi di fotoni aggrovigliati in quelli che hanno descritto come “oggetti non convenzionali“.

L’esperimento ha comportato in realtà la cattura di quattro immagini dei fotoni in quattro diverse transizioni di fase. Potete vedere l’immagine completa qui sotto:

Credits: Moreau et al., Science Advances, 2019

Quello che state guardando qui è in realtà un composito di immagini multiple dei fotoni che passano attraverso una serie di quattro transizioni di fase.

I fisici hanno diviso i fotoni aggrovigliati e hanno fatto passare un fascio attraverso un materiale a cristalli liquidi noto come β-bario borato, innescando quattro transizioni di fase.

Allo stesso tempo hanno catturato le foto della coppia aggrovigliata che attraversava le stesse transizioni di fase, anche se non era passata attraverso il cristallo liquido.

Potete vedere la configurazione qui sotto: il fascio di fotoni aggrovigliati proviene dal basso a sinistra, una metà della coppia aggrovigliata si divide a sinistra e passa attraverso i quattro filtri di fase. Gli altri che vanno dritti non sono passati attraverso i filtri, ma hanno subito gli stessi cambiamenti di fase.

Credits: Moreau et al., Science Advances, 2019

La macchina fotografica è stata in grado di catturare le immagini di questi allo stesso tempo, mostrando che entrambi si erano spostati nello stesso modo nonostante fossero divisi. In altre parole, erano aggrovigliati.

Bisogna rompere la disuglianza di Bell

Mentre Einstein rese famoso l’entanglement quantistico, il defunto fisico John Stewart Bell contribuì a definire l’entanglement quantistico e stabilì un test noto come “disuguaglianza di Bell“. In sostanza, se si riesce a rompere la disuguaglianza di Bell, si può confermare il vero entanglement quantistico.

Qui, riportiamo un esperimento che dimostra la violazione di una disuguaglianza di Bell all’interno delle immagini osservate“, ha scritto il team su Science Advances.

Questo risultato apre la strada a nuovi schemi di imaging quantistico … e suggerisce promesse per schemi di informazione quantistica basati su variabili spaziali“.

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