AES_8 2022

Primo piano 19 EVENTI Automazione e Strumentazione n Novembre - Dicembre 2022 tante della meccanica quantistica. Ciò, tuttavia, non ha impedito lo sviluppo delle ricerche anche sperimentali col raggiungimento di risultati come quelli premiati a Stoccolma e con l’apertura di importanti prospettive anche a livello tecnologico . Non per nulla la motiva- zione del premio recita “per esperimenti con fotoni entangled, che stabiliscono la violazione delle disu- guaglianze di Bell e inaugurano la scienza dell’ infor- matica quantistica ”, dove la scienza dell’informazione quantistica apre la strada a una nuova era dell’informa- tica, cioè al quantum computing, alle reti quantistiche e comunicazioni crittografate quantistiche sicure. L’elemento chiave in questi recenti sviluppi è il modo in cui la meccanica quantistica consente a due o più particelle di esistere in quello che viene chiamato uno stato di entanglement, termine non immediata- mente afferrabile ma che significa intreccio, aggrovi- gliamento o correlazione . Nel Paese dei quanti - per citare il titolo di un fortunato saggio di Robert Gilmore - succede che le particelle possono essere correlate a distanza , in modo tale che quello che succede a una di esse determina quello che accade all’altra, anche se si trovano a grandi distanze. Le premesse teoriche Per molto tempo, la domanda è stata se la correlazione fosse dovuta al fatto che le particelle in una coppia entangled contenevano variabili nascoste, istruzioni che indicavano loro quale risultato avrebbero dovuto fornire in un esperimento. Negli anni ‘60 il fisico nord-irlandese John Stewart Bell, che poi ha lavorato al Cern fino al 1990, ha sviluppato la disuguaglianza matematica che porta il suo nome e che afferma che se ci sono variabili nascoste la correlazione tra i risul- tati di un gran numero di misurazioni non potrà mai superare un determinato valore. Tuttavia, la meccanica quantistica prevede che un certo tipo di esperimento violi di fatto la disuguaglianza di Bell, stabilendo così una correlazione più forte di quanto sarebbe altrimenti possibile. Quando due particelle sono in stati quantistici entan- gled , se si va a misurare una proprietà di una delle due si può determinare immediatamente il risultato di una misura equivalente sull’altra, senza bisogno di andare a controllare. A prima vista, questo forse non è così strano. Se pensiamo a delle palline invece che a particelle, possiamo immaginare un esperimento in cui una macchina lancia palline di opposti colori (bianche e nere) in direzioni opposte. Un osservatore che riceve una pallina e vede che è bianca può immediatamente dire che la palla che ha viaggiato nell’altra direzione è nera. Ciò che rende la meccanica quantistica così speciale però è che le equivalenti delle palline, cioè le particelle, non sono determinate fino a quando non vengono misurate: è come se entrambe le palline fos- sero grigie fino a quando qualcuno non ne osserva una. Ma come è possibile sapere che le palline non avevano ciascuna un colore prestabilito all’inizio? Anche se apparivano grigie, avrebbero potuto avere un’etichetta nascosta all’interno che diceva quale colore dovevano assumere quando qualcuno le avrebbe guardate: sono le variabili nascoste evocate da Bell. Ricerca sperimentale Cosa hanno fatto allora i tre vincitori del Nobel 2022? Hanno esplorato gli stati quantistici intrecciati e con i loro esperimenti hanno posto le basi della rivoluzione attualmente in corso nella tecnologia quantistica. Il più anziano, il californiano John Clauser ha svilup- pato le idee di John Bell, arrivando a un esperimento pratico che prevedeva l’invio di una coppia di par- ticelle intrecciate in direzioni opposte. Ha utilizzato fotoni che hanno la proprietà della polarizzazione : quando vengono emessi la direzione della polarizza- zione è indeterminata e tutto ciò che è certo è che le particelle hanno una polarizzazione parallela; la pola- rizzazione può essere studiata utilizzando particolari filtri. Se entrambe le particelle vengono inviate verso filtri orientati sullo stesso piano, ad esempio verticale, e uno scivola attraverso allora passerà anche l’altro. Se sono ad angolo retto tra loro, uno verrà fermato mentre l’altro passerà. Il ‘trucco’ è misurare con i filtri impostati in direzioni diverse ad angoli obliqui, poi- Raffigurazione artistica di particelle entangled