Dimostrato l’entanglement per quattro fotoni

Tratto dalla rivista  Le Scienze –

La correlazione quantistica a distanza che lega tra loro diverse particelle è stata stabilita per la prima volta per quattro vettori dell’interazione elettromagnetica. Il risultato fa progredire non solo la conoscenza di base su questo tipo di sistemi fisici, ma anche la capacità di manipolarli e sfruttarli in prospettiva per il calcolo quantistico(red)

L’entanglement, la correlazione a distanza che secondo le leggi della meccanica quantistica può legare stati di particelle lontane tra loro, può essere stabilito anche tra i momenti angolari di ben quattro fotoni. Lo hanno dimostrato per la prima volta ricercatori dell’Università di Leiden, nei Paesi Bassi, guidati da Wolfgang Löffler, che firmano un articolo sulle “Physical Review Letters”. Questo risultato è un importante passo in avanti nell’ambito della ricerche mirate alla realizzazione di computer quantistici, che dovrebbero surclassare quelli convenzionali per potenza di calcolo.

Il momento angolare orbitale dei fotoni, scoperto in un esperimento effettuato proprio all’Università di Leiden nel 1992, è una grandezza fisica su cui si sono concentrate di recente le attenzioni dei fisici teorici e di quelli sperimentali. Si tratta dell’analogo quantistico del momento angolare, una grandezza fondamentale che, nella meccanica classica, è associata al moto di rotazione di un corpo intorno a un asse. L’analogia è dovuta al fatto che quando un’onda elettromagnetica si propaga nello spazio, in certe condizioni, i fronti d’onda possono avvolgersi a spirale attorno alla direzione di propagazione. In questo caso i fotoni, i quanti di luce, associati all’onda, hanno quindi un momento angolare orbitale200210080-541d25ab-0741-4eeb-bb82-f044e2219f51

 Schema dell'apparato sperimentale usato nello studio: attraversando un cristallo contemporaneamente, quattro fotoni emergono legati dall'entanglement (W. Löffler/Leiden University)

 

l’entanglement tra i momenti angolari orbitali di due fotoni, mentre il gruppo di Löffler, per la prima volta, è riuscito a ottenerlo per ben quattro fotoni, facendo in modo che passassero nello stesso istante in un cristallo.

Il risultato è importante perché fa progredire non solo la conoscenza di base su questo tipo di sistemi fisici, ma anche la capacità di manipolarl e sfruttarli in prospettiva per il calcolo quantistico. Le grandezze fisiche associate ad atomi e fotoni, infatti, possono essere usate per codificare i qubit, l’analogo quantistico dei bit, le unità d’informazione binaria.

Parte dell’interesse destato da questa grandezza è dovuto al fatto che i momenti angolari orbitali di due particelle possono essere legati tra loro dall’entanglement, una correlazione a distanza che tanto aveva perplesso Albert Einstein. Quando due particelle, opportunamente preparate, sono entangled, una misurazione effettuata su una fa “collassare” lo stato della particella misurata su un dato valore e contemporaneamente anche lo stato della secondo particella, indipendentemente dalla distanza a cui si trova, su un altro valore.
Alcuni recenti esperimenti hanno prodotto l’entanglement tra i momenti angolari orbitali di due fotoni, mentre il gruppo di Löffler, per la prima volta, è riuscito a ottenerlo per ben quattro fotoni, facendo in modo che passassero nello stesso istante in un cristallo.
Il risultato è importante perché fa progredire non solo la conoscenza di base su questo tipo di sistemi fisici, ma anche la capacità di manipolarl e sfruttarli in prospettiva per il calcolo quantistico. Le grandezze fisiche associate ad atomi e fotoni, infatti, possono essere usate per codificare i qubit, l’analogo quantistico dei bit, le unità d’informazione binaria.
Mente i bit possono assumere i valori “0” e “1” in corrispondenza dei due stati di un interruttore elettrico in un computer convenzionale, i qubit potrebbero assumere molti più valori, grazie alla capacità dei sistemi microscopici di assumere diversi stati o contemporaneamente una loro sovrapposizione. La quantità d’informazione codificabile sarebbe quindi maggiore, e il calcolo quantistico potrebbe essere estremamente più potente rispetto al calcolo convenzionale. L’entanglement, d’altra parte, è la base ideale per comunicazioni perfetto nel calcolo quantistico.

 

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