Esperimento relativo a un fenomeno quantistico «spettrale» potrebbe risolvere un mistero della fisica

Per decenni, gli scienziati hanno tentato di dimostrare che una delle proprietà più insolite della meccanica quantistica non è solamente una bizzarria matematica, ma una caratteristica reale del mondo fisico. Il fenomeno, che Albert Einstein ha chiamato «azione spettrale a distanza», noto anche come «correlazione quantistica», si riferisce a sistemi che non possono esse descritti separatamente gli uni dagli altri, a prescindere dalla distanza che li separa.

La correlazione è già stata dimostrata per sistemi su scala microscopica che coinvolgono fotoni, ioni, spin dell’elettrone e dispositivi a microonde ed elettromeccanici. Ma una squadra di ricercatori in parte supportata dal progetto HOT, finanziato dall’UE, ha mostrato che la correlazione potrebbe essere anche generata e rilevata su una scala più grande. Lo studio è fondamentale dal momento che la correlazione è considerata come una risorsa chiave per un gran numero di tecnologie quantistiche potenzialmente trasformative, inclusa l’informatica quantistica e la trasmissione di informazioni.

Le loro scoperte sono state recentemente pubblicate nella rivista «Nature». Come spiegano, il loro studio «amplia qualitativamente la portata dei sistemi fisici correlati e ha implicazioni per elaborazione dell’informazione quantica, misurazioni di precisione e test dei limiti della meccanica quantistica.»

Oggetti «massicci»

Secondo un comunicato stampa dell’Università di Aalto in Finlandia, mediante misurazioni in laboratorio i ricercatori sono riusciti a portare due oggetti distinti e in movimento, quasi visibili a occhio nudo, in uno stato quantico correlato in cui si sentono a vicenda. Inoltre: «Gli oggetti nell’esperimento erano due membrane di tamburo vibranti fabbricate con alluminio metallico su una lastra di silicio. Le membrane di tamburo sono veramente massicce e macroscopiche rispetto alla scala atomica: il loro diametro è simile alla larghezza di un capello umano sottile.»

Citato nello stesso comunicato stampa, il professor Mika Sillanpää del Dipartimento di fisica applicata dell’Università di Aalto, capo del team, ha affermato: «I corpi vibranti vengono fatti interagire mediante un circuito superconduttore a microonde. I campi elettromagnetici nel circuito eliminano qualsiasi anomalia termica, lasciandosi dietro solo le vibrazioni meccaniche quantistiche.»

Il team ha eliminato tutte le forme di perturbazione ambientale e ha quindi effettuato l’esperimento a temperature vicine allo zero assoluto, a – 273 °C. I ricercatori hanno scoperto che il loro approccio porta a stati di correlazione che durano per lunghi periodi di tempo, a volte fino a mezz’ora. Essi affermano che lo studio spiana la strada a una manipolazione più precisa delle proprietà di oggetti su scala macroscopica. Questo potrebbe infine essere utilizzato per creare nuovi tipi di router e sensori.

Teletrasporto, ma non come lo intende la fantascienza

Il team spera inoltre di usare il teletrasporto quantistico per trasmettere le vibrazioni tra le due membrane di tamburo. Il dottor Caspar Ockeloen-Korppi, uno dei membri del team citato nel comunicato stampa, ha affermato: «siamo però ancora ben lontani da Star Trek.»

Riassumendo lo studio nell’edizione britannica di «The Conversation», il dottor Matt Woolley, uno dei ricercatori, ha sostenuto che l’esperimento «è forse l’approccio che più si avvicina alla realizzazione letterale del famoso esperimento mentale di Einstein, Podolsky e Rosen che, nel 1935, ha studiato per primo il fenomeno successivamente divenuto noto come correlazione.» Einstein aveva ideato un paradosso destinato a mostrare che la teoria quantistica era incompleta, come spiegato in un articolo scritto congiuntamente con Boris Podolsky e Nathan Rosen, che venne pubblicato nella rivista «Physical Review».

Il progetto HOT (Hybrid Optomechanical Technologies), attualmente in corso, si concentra su dispositivi nano-optomeccanici che comprendono sistemi elettrici, a microonde o ottici con sistemi micro- e nano-meccanici.

Per maggiori informazioni, consultare:

sito web del progetto HOT