Un team di ricercatori di Glasgow ha ottenuto per la prima volta le immagini dell'entanglement quantistico, un fenomeno della meccanica quantistica che rappresenta una “spaventosa azione a distanza” secondo Einstein. Ecco perché è importante

L’entanglement quantistico, un complesso e misterioso fenomeno della meccanica quantistica, definito da Einstein come “spaventosa azione a distanza”, è stato oggi fotografato per la prima volta da un team di fisici dell’università di Glasgow, nel Regno Unito. Il gruppo ha mostrato la prima immagine della strana interazione fra le particelle che è alla base fenomeno e del funzionamento dei computer quantistici.

L’entanglement quantistico si manifesta quando due particelle sono intrinsecamente collegate e questa unione ha effetti sul sistema fisico: qualsiasi azione o misura sulla prima ha un effetto istantaneo anche sulla seconda (e viceversa) anche se si trova a distanza. In questo caso gli autori hanno fotografato l’entanglement fra due fotoni che interagiscono e per un istante condividono lo stesso stato fisico. I risultati sono pubblicati su Science Advances. Qui le immagini.

L’entanglement quantistico è un fenomeno privo di un analogo nella fisica classica, che prevede che, in determinate condizioni, che lo stato di un sistema (ad esempio una particella), non sia descritto come stato singolo ma come sovrapposizione di più sistemi. In questo modo la misura di uno di questi influisce anche sugli altri. Ad esempio, un evento di questo genere si verifica quando due particelle che sono interconnesse in maniera intrinseca. È un po’ come se le particelle fossero due palline tese e legate fra loro da una fune (che ovviamente nella realtà quantistica non c’è): in qualche modo quando si agisce sulla prima pallina, e la corda viene tirata da una parte, anche l’altra pallina si muove di conseguenza e reagisce a quest’azione.

Oggi gli autori hanno creato un sistema per fotografare quello che succede nell’entanglement quantistico attraverso una complessa strumentazione, rappresentata in figura.

La fotocamera è stata in grado di catturare le immagini dei fotoni nello stesso istante e ha mostrato che queste particelle, pur essendo separate e distanti, si erano spostate nello stesso modo. In pratica, erano entangled e le immagini lo dimostrano. “Si tratta di un’elegante dimostrazione di una proprietà fondamentale in natura”, ha commentato sulle pagine della Bbc Paul-Antoine Moreau, primo autore del paper, che ha coordinato lo studio insieme a Miles J. Padgett, co-primo autore. “Si tratta di un risultato entusiasmante – prosegue Moreau – che potrebbe essere utilizzato per far avanzare il campo di ricerca emergente del quantum computing e per portare a nuovi tipi di imaging”.

I ricercatori forniscono una conferma sperimentale della violazione della disuguaglianza di Bell, elaborata nel 1964 dal fisico John Stewart Bell, che è considerata un importante contributo alla meccanica quantistica. Al centro di tutto c’è il fatto che la meccanica quantistica prevede l’entanglement, un fenomeno che però è incompatibile con la realtà fisica – da qui nasce un paradosso e l’incompletezza delle teorie nonché la presenza di variabili nascoste che possano spiegare questo paradosso. La violazione della disuguaglianza di Bell è di fatto una conferma dell’esistenza dell’entanglement quantistico. “Qui abbiamo illustrato un esperimento che dimostra la violazione di una disuguaglianza di Bell mediante le immagini osservate”, scrivono gli autori nel paper. “Acquisire una rappresentazione visiva di questo effetto fondamentale è una dimostrazione che le immagini possono catturare e sfruttare l’essenza del mondo quantistico”.

L’idea è che la ricerca possa essere utile per i computer quantistici. “Questo risultato da un lato apre la strada a nuovi approcci per il quantum imaging [un nuovo sotto-settore dell’ottica quantistica che si serve dell’entanglement per ottenere immagini a risoluzione più alta ndr]”, aggiungono i ricercatori, “e dall’altro si rivela promettente per schemi in cui l’informazione quantistica si basa sulle variabili spaziali”.