Il gatto di Schrödinger ha trovato nuove vie: la meccanica quantistica si fa (ancora) più strana

Okay, parliamo schietto — ricordo ancora la prima volta che qualcuno mi ha spiegato il gatto di Schrödinger. Avevo più o meno quindici anni, e ho pensato che fosse la cosa più assurda che avessi mai sentito. Un gatto che è sia vivo CHE morto finché qualcuno non apre una scatola? Dai, su. Non è fisica, è solo un modo per confondere le persone.

Ma ecco il punto: i fisici non stavano scherzando quando hanno pensato questa roba. Stavano cercando di rendere comprensibile uno degli aspetti più incredibilmente misteriosi della meccanica quantistica — l'idea che le particelle minuscole possano esistere in più stati contemporaneamente, come se fossero in due posti o avessero due proprietà allo stesso tempo, finché non le andiamo a misurare.

L'esperimento mentale originale

Ricominciamo da zero nel caso ti serva un ripasso (o non l'abbia mai imparato — niente giudizi qui).

Erwin Schrödinger, il fisico austro-ungarico, immaginò di mettere un gatto in una scatola sigillata insieme a un atomo radioattivo, un contatore Geiger e del veleno. Se l'atomo decade, il contatore attiva un meccanismo che rompe la fiala di veleno e — beh, puoi immaginare cosa succede al gatto. Se l'atomo non decade, il micio vive un altro giorno.

Il mistero quantistico arriva dal fatto che finché non apri la scatola, non sai quale scenario si è verificato. Quindi dal nostro punto di vista, il gatto esiste in una sovrapposizione di entrambi gli stati — vivo E morto allo stesso tempo. Solo quando guardiamo la realtà "decide" quale risultato si è verificato.

Tra l'altro, questo non era pensato come un esperimento vero e proprio. Schrödinger in realtà lo stava usando per evidenziare quanto diventi strana la meccanica quantistica quando passi da particelle minuscole a oggetti quotidiani. Nessuno aveva davvero intenzione di chiudere gatti in scatole. (Phew.)

E qui le cose si fanno interessanti

Per decenni, i fisici hanno sospettato che le sovrapposizioni potessero essere molto più complicate del semplice "due cose opposte insieme". Ma crearle davvero in laboratorio? Quella era la parte difficile.

Finora, almeno.

Un team dell'Università di Oxford ha appena pubblicato una ricerca che onestamente mi sta facendo impazzire. Sono riusciti a creare quelle che potremmo chiamare sovrapposizioni quantistiche "esotiche" — essenzialmente nuove varietà di stati del gatto di Schrödinger che non si adattano al semplice modello binario con cui abbiamo lavorato finora.

Come? Hanno intrappolato un singolo ione di stronzio-88 (perché ovviamente — i fisici quantistici vanno pazzi per i loro elementi esotici) e hanno fatto delle manipolazioni incredibilmente delicate. Hanno controllato sia lo stato quantistico interno dell'ione (il suo "spin", che è un po' come una minuscola proprietà magnetica) sia il suo movimento nella trappola.

Pensala così: prima, potevamo creare solo sovrapposizioni tra due stati opposti. Come un interruttore della luce che è acceso o spento. Ma quello che ha fatto il team di Oxford è equivalente a creare un interruttore quantistico che può essere acceso, spento, parzialmente acceso, lampeggiante in un pattern specifico, E diverse altre configurazioni che non abbiamo mai nemmeno avuto il nome — tutto allo stesso tempo.

Il ricercatore principale Sebastian Saner l'ha detto così: ora hanno un "strumento per scolpire le sovrapposizioni quantistiche in quasi qualsiasi forma." Qualsiasi forma. Non è una cosa da poco.

Perché dovrebbe interessarti?

So cosa stai pensando — fa figo per i nerd della fisica, ma conta davvero per il resto di noi?

Ecco perché potrebbe importare: siamo attualmente nelle fasi iniziali della costruzione di computer quantistici, che potrebbero rivoluzionare tutto, dalla scoperta di farmaci alla modellazione climatica fino a rompere i codici crittografici. Ma queste macchine sono incredibilmente fragili e soggette a errori.

Il problema è che i nostri attuali computer quantistici si basano su "bit quantistici" a due livelli, o qubit — essenzialmente la versione quantistica dell'interruttore on/off. Ma se potessimo lavorare con stati quantistici più complessi come quelli che questa ricerca rende possibili, potremmo costruire sistemi più robusti che sono migliori nel correggere i propri errori.

Come ha detto Saner: "L'immagine da libro di testo di un sistema quantistico che si trova in due posti contemporaneamente è solo l'inizio. C'è un paesaggio molto più ampio di stati quantistici possibili, e stiamo ancora imparando come accedervi sperimentalmente."

Il quadro più grande

Ecco cosa mi colpisce davvero di questa storia: la famosa citazione di Feynman secondo cui nessuno capisce davvero la meccanica quantistica era del 1964. Sono passati quasi sessant'anni, e stiamo ANCORA scoprendo nuovi aspetti di questa roba. Stiamo ancora spingendo i confini di ciò che la realtà permette.

E onestamente? Questo mi sembra un po' speranzoso. C'è ancora così tanto che non sappiamo. Così tanto da esplorare. L'universo è più strano e più flessibile di quanto la nostra intuizione quotidiana suggerisca, e ogni tanto, abbiamo un assaggio di quanto profondo sia il rabbit hole.

Quindi la prossima volta che qualcuno menziona il gatto di Schrödinger a una cena, puoi dirgli: "Oh, questa è roba dello scorso decennio. Siamo andati ben oltre gli scenari base vivo-o-morto. La fisica quantistica è diventata artistica."

I tuoi compagni di cena saranno impressionati o preoccupati. In entrambi i casi, avrai ragione.