Stati entangled: il Premio Nobel a esperimenti di fotonica

Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica 2022 per i loro esperimenti con i fotoni entangled, aprendo la strada a una nuova tecnologia basata sull’informazione quantistica.

Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger hanno condotto esperimenti rivoluzionari utilizzando gli stati quantistici entangled, in cui due particelle si comportano come un’unica unità anche quando sono separate. I loro risultati hanno aperto la strada a una nuova tecnologia basata sull’informazione quantistica. Gli effetti ineffabili della meccanica quantistica iniziano a trovare applicazioni. Oggi esiste un vasto campo di ricerca che comprende computer quantistici, reti quantistiche e comunicazioni sicure e criptate.

Un fattore chiave di questo sviluppo è il modo in cui la meccanica quantistica permette a due o più particelle di esistere in quello che viene chiamato stato entangled. Ciò che accade a una delle particelle di una coppia entangled determina ciò che accade all’altra particella, anche se sono molto distanti.

Ai tre ricercatori è stato, dunque, assegnato il Premio Nobel per gli “esperimenti con fotoni entangled, stabilendo la violazione delle disuguaglianze di Bell e facendo da apripista alla scienza dell’informazione quantistica”.

Gli esperimenti negli anni ’60 del XX secolo

Per molto tempo ci si è chiesti se la correlazione fosse dovuta al fatto che le particelle di una coppia entangled contenessero delle variabili nascoste, ovvero delle istruzioni che indicavano loro quale risultato avrebbero dovuto dare in un esperimento. Negli anni ’60 del XX secolo, John Stewart Bell sviluppò la disuguaglianza matematica che porta il suo nome. Questa disuguaglianza afferma che, in presenza di variabili nascoste, la correlazione tra i risultati di un gran numero di misurazioni non supererà mai un certo valore. Tuttavia, la meccanica quantistica prevede che un certo tipo di esperimento violi la disuguaglianza di Bell, dando luogo a una correlazione più forte di quella che sarebbe altrimenti possibile.

John Clauser sviluppò le idee di John Bell, portando a un esperimento pratico. Quando effettuò le misurazioni, queste confermarono la meccanica quantistica, violando chiaramente una disuguaglianza di Bell. Ciò significa che la meccanica quantistica non può essere sostituita da una teoria che utilizza variabili nascoste.

Dopo l’esperimento di John Clauser sono rimaste alcune lacune. Alain Aspect ha sviluppato il setup, utilizzandolo in modo da chiudere un’importante lacuna. È stato in grado di cambiare le impostazioni di misurazione dopo che una coppia entangled ha lasciato la sorgente, in modo che l’impostazione esistente al momento dell’emissione non potesse influenzare il risultato.

Utilizzando strumenti raffinati e una lunga serie di esperimenti, Anton Zeilinger ha iniziato a utilizzare gli stati quantistici entangled. Tra le altre cose, il suo gruppo di ricerca ha dimostrato un fenomeno chiamato teletrasporto quantistico, che permette di spostare uno stato quantistico da una particella all’altra a distanza.