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Il presidente.

17-05-2018 - Controllare l'interferenza di fotoni da atomi entangled.

Avevamo già parlato su questa homepage dell’esperimento che ha permesso di scambiare con successo immagini digitali su un percorso di migliaia di chilometri tra una località austriaca e una cinese passando per lo spazio e usando tecniche di crittografia quantistica, che garantiscono livelli di sicurezza impossibili da ottenere con le tecniche convenzionali.
Illustrazione dello schema seguito per lo scambio di immagini tra Cina e Austria (Credit: University of Science and Technology of China)
Ebbene la comprensione di questo strano fenomeno che è l’entanglement tra due particelle, che fece arrabbiare Albert Einstein sta facendo grandi progressi.
Dal momento che sono attento a questo fenomeno, che il Prof. Giulio Chiribella spiegò bene quando a dicembre venne a trovarci al Planetario (ma che ad oggi, almeno a me, resta ancora abbastanza oscuro), vi propongo questo articolo tratto da “Le Scienze” di ieri, dove si illustra l’ennesimo passo avanti.
Fonte:
http://www.lescienze.it/news/2018/05/16/news/interferenza_fotoni_entangled-3982910/
Per la prima volta sono state prodotte coppie di fotoni da atomi entangled. L'interferenza tra i due fotoni è risultata qualitativamente diversa da quella di fotoni generati da atomi non entangled. Il risultato apre la strada alla misurazione precisa di variazioni del campo magnetico in punti diversi dello spazio.
La correlazione quantistica chiamata entanglement in quasi settant’anni si è trasformata da mistero della fisica a pietra angolare di un recente settore di ricerca che mira a realizzare computer quantistici, incomparabilmente più potenti di quelli convenzionali, grazie a tecniche di controllo dei sistemi microscopici sempre più efficaci.
Gli autori dell'esperimento hanno confrontato le figure di interferenza generate da fotoni emessi sia da atomi entangled sia atomi non entangled.

(Credit: IQOQI Innsbruck/Harald Ritsch)
L’ultimo esempio in ordine di tempo è il risultato di uno studio effettuato da Gabriel Araneda e colleghi dell’Università di Innsbruck, in Austria, che per la prima volta sono riusciti a produrre un effetto d’interferenza controllata tra due singoli fotoni emessi da atomi entangled. Il risultato, pubblicato su “Physical Review Letters”, potrebbe trovare utili applicazioni anche nella realizzazione di sensori ultrasensibili per la misurazione dei campi magnetici.
L’entanglement è uno dei fenomeni più misteriosi della meccanica quantistica. Si manifesta quando sistemi microscopici – per esempio due atomi, due ioni o due fotoni – opportunamente preparati, stabiliscono tra i loro stati quantistici una correlazione, che si mantiene anche quando i componenti del sistema sono separati da grandi distanze. L’elemento sconcertante è che se si effettua una misurazione di uno stato di una delle due particelle, allora in modo immediato e automatico si ottiene il valore dello stato correlato dell’altra particella, non importa quanto siano lontane tra loro.
Malgrado le perplessità che hanno fatto perdere il sonno a generazioni di fisici, compreso Albert Einstein, questa comunicazione istantanea di stati quantistici è stata verificata sperimentalmente dalla fine degli anni novanta, tanto che per descriverla è stato adottato il termine teletrasporto, mutuato dalla fortunata serie di fantascienza Star Trek.
In circa vent’anni di ricerca in questo campo, i progressi sono stati molti sia nell’estensione della gamma di sistemi microscopici entangled usati sia nel loro controllo sempre più preciso e affidabile.
Come spiegano Araneda e colleghi, un campo relativamente inesplorato finora riguarda lo studio delle proprietà ottiche di atomi entangled, cioè delle loro caratteristiche di emettitori e assorbitori di luce.
Nello studio gli autori hanno ottenuto un entanglement tra coppie di atomi di bario distanti e sono riusciti a controllare la loro emissione elettromagnetica, facendo emettere coppie di singoli fotoni (uno da un atomo, l’altro dall’altro atomo).
Hanno poi misurato la figura d’interferenza dei due fotoni e l’hanno confrontata con quella relativa all’emissione di coppie di singoli fotoni emessi da due atomi di bario non entangled, dimostrando una differenza qualitativa notevole tra le due situazioni.
“Ora possiamo controllare in modo preciso posizione ed entanglement delle particelle e generare singoli fotoni, se necessario”, ha spiegato Araneda. “Questo passo in avanti permette di studiare gli effetti dell’entanglement nell’interazione tra atomi e luce: possiamo caratterizzare l’entanglement in modo del tutto ottico”.
Un altro dato molto importante emerso dalla ricerca è che il segnale d’interferenza è molto sensibile alle condizioni fisiche presenti nella posizione degli atomi, per esempio l’azione di un campo magnetico esterno. La tecnica basata sull’interferenza di luce prodotta da atomi entangled inoltre non dipende dalla distanza che separa gli atomi, e di conseguenza potrebbe permettere il confronto preciso dell’intensità di un campo magnetico in punti separati dello spazio, come nel caso del campo geomagnetico.
“Possiamo sfruttare questa caratteristica a nostro vantaggio: il segnale d’interferenza potrebbe essere usato per misurare variazioni molto piccole in un campo magnetico”, ha concluso Araneda.
Siamo solo all’inizio! Un fenomeno che riserverà ancora molte sorprese.
Commentato e adattato da Luigi Borghi.