Ecco una cosa folle della fisica: esistono regole che governano le particelle minuscole all’interno degli atomi, e quelle regole sono strane. Strane nel senso di "azione spettrale a distanza", come la definì Einstein. Stiamo parlando dell’entanglement quantistico — il fenomeno per cui due particelle diventano così profondamente connesse che ciò che accade a una influenza istantaneamente l’altra, indipendentemente dalla distanza.
Ricordo la prima volta che ne sentii parlare all’università: il mio cervello andò praticamente in cortocircuito. Come possono due particelle agli antipodi dell’universo essere connesse? Non dovrebbe essere impossibile?
Anche Einstein pensava così. Non gli piaceva. Riteneva che le particelle dovessero avere ciascuna una propria realtà indipendente, e l’entanglement sembrava violare questa nozione di buon senso. Ma ecco il punto: decenni di esperimenti hanno dimostrato che Einstein aveva torto. L’entanglement è reale, è strano, e potrebbe essere proprio la base della prossima rivoluzione tecnologica.
Perché questo conta più di quanto si possa pensare
L’entanglement non è solo una curiosità della fisica. È la spina dorsale di tecnologie emergenti che potrebbero rivoluzionare tutto, dalle comunicazioni sicure alla potenza di calcolo, rendendo i supercomputer attuali simili a calcolatrici.
Il problema è che, in pratica, utilizzare l’entanglement in dispositivi reali è stato estremamente difficile. Dimostrare in laboratorio che le particelle sono entangled è una cosa; creare, manipolare e identificare in modo affidabile stati entangled specifici per applicazioni pratiche è un’altra.
Per gli ultimi 25 anni, gli scienziati hanno avuto un metodo solido per identificare un tipo di stato entangled (chiamato stato GHZ), ma un altro tipo cruciale — lo stato W — è rimasto ostinatamente difficile da individuare. È come avere uno strumento affidabile per un tipo di serratura ma nulla per un’altra, altrettanto importante.
Fino ad ora.
Il momento "Aha!": sfruttare la simmetria
È qui che la nuova ricerca diventa davvero entusiasmante. Ricercatori dell’Università di Kyoto e dell’Università di Hiroshima hanno trovato un modo ingegnoso per identificare gli stati W sfruttando quella che viene chiamata simmetria di traslazione ciclica.
Vi spiego cosa significa in termini non matematici.
Immaginate di avere tre fotoni (particelle di luce) entangled in uno stato W. Ora immaginate di poter spostare la loro disposizione in un ciclo ripetitivo — come ruotare i posti a sedere attorno a un tavolo rotondo — e il modello sottostante rimane riconoscibile. È questa la simmetria che i ricercatori hanno usato come riferimento.
Sfruttando questa proprietà, hanno progettato un circuito quantistico in grado, in sostanza, di "osservare" uno stato entangled e capire di che tipo si tratta in una singola misura, anziché richiedere l’approccio tradizionale, che implica la raccolta di enormi quantità di dati e la successiva ricostruzione computazionale dello stato.
La differenza è come quella tra risolvere un puzzle per tentativi ed errori e avere qualcuno che vi consegna la soluzione spiegando come l’ha trovata. L’approccio one-shot è dramaticamente più efficiente.
Cosa significa per il futuro
È qui che il mio lato geek tecnologico si entusiasma davvero.
Questa svolta fa avanzare direttamente la teleportazione quantistica — che, nonostante il nome, non implica il teletrasporto della materia (scusate, fan di Star Trek). Si tratta invece di trasferire informazioni quantistiche da un luogo a un altro sfruttando l’entanglement. È essenzialmente la versione della rete quantistica dell’invio di un messaggio.
La nuova tecnica di misura potrebbe anche accelerare lo sviluppo di:
- Reti di comunicazione quantistica teoricamente inviolabili
- Approcci di calcolo quantistico basato su misure, che potrebbero essere più semplici da implementare
- Sistemi a più fotoni per processori quantistici più potenti
Il gruppo di ricerca sta già pianificando di scalare questa tecnica oltre la dimostrazione a tre fotoni. Se riusciranno a estenderla a sistemi più grandi — e la matematica suggerisce di sì — avremo uno strumento pratico che molti ricercatori di tecnologie quantistiche desiderano da molto tempo.
Il quadro più ampio
Una citazione dei ricercatori mi è rimasta impressa: "Per accelerare la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie quantistiche, è fondamentale approfondire la comprensione dei concetti fondamentali per generare idee innovative."
Penso che sia genuinamente profondo. A volte, nella fretta verso le applicazioni pratiche,