Fisici quantistici riportano in vita (e morte) il gatto di Schrödinger

Il famoso esperimento mentale felino di Schrödinger aveva mostrato quanto sia complicato applicare la teoria quantistica alla vita reale. Ma i fotoni si comportano in modo differente rispetto ai gatti. La sovrapposizione significa che i fotoni possono essere tutte le cose, in tutti gli stati e luoghi, allo stesso tempo. Essi non obbediscono nemmeno alle regole di causa ed effetto, dove gli eventi si susseguono in un certo ordine causale.

Alcuni fisici finanziati dall’UE all’Università di Vienna hanno trovato un nuovo modo per “guardare” questo indefinito ordine causale, paragonando il loro esperimento a un corridore, Alice, che simultaneamente vince e perde una competizione. Philip Walther e il suo team che lavora sul progetto EQUAM (Emulators of Quantum Frustrated Magnetism) ritengono che mischiando l’ordine causale essi saranno in grado di compiere dei passi in avanti nei campi dell’elaborazione dati e delle comunicazioni.

Posso avere un testimone (causale)?

Il problema con la sovrapposizione è che non appena si prova a “vederla” o misurarla, essa cessa di esistere. Dove una particella quantistica era una volta tutte le cose allo stesso tempo, essa assume uno stato definito. In breve, se si apre la scatola di Schrödinger, si fa fallire l’esperimento. Quindi gli scienziati che tentavano di dimostrare una mancanza di ordine causale dovevano dedurla dal successo di un algoritmo, piuttosto che misurarla direttamente. Ma il team di EQUAM ha trovato una terza via.

Usando un concetto matematico teorico conosciuto come “testimone causale”, progettato dal gruppo di Časlav Brukner all’Accademia austriaca delle scienze, Philip Walther e il suo team sono stati in grado di mostrare, per la prima volta, che un processo quantistico non era ordinato in modo causale.

Un significativo passo in avanti

Nel loro esperimento, gli scienziati hanno usato un dispositivo ottico per suddividere un raggio di luce in due, e hanno iniziato a mischiare l’ordine delle differenti traiettorie che esso seguiva. Quindi per non disturbare il delicato processo, essi hanno assemblato un altro sistema quantistico per “accendere una spia di allarme” quando la luce passava davanti a esso. Il testimone causale misurava questo sistema quantistico aggiuntivo, mantenendo però intatta la sovrapposizione.

Il testimone causale ha confermato che i fotoni avevano attraversato entrambe le operazioni quantistiche in due ordini allo stesso tempo. In altre parole, essi erano stati in grado di “vedere” Alice sia vincere che perdere la gara, e di misurare a che livello le due situazioni fossero sovrapposte. “La nostra dimostrazione sperimentale rappresenta un significativo passo in avanti in questo campo, visto che dimostra come estrarre informazioni all’interno di questi processi senza disturbare la loro natura quantistica,” ha detto Giulia Rubino, l’autrice principale dello studio.

Esiste già un grande numero di studi riguardanti il ruolo delle relazioni causali, ma il team del progetto EQUAM ha portato la teoria fin dentro il laboratorio. Il prossimo obiettivo del gruppo è quello di creare sovrapposizioni di processi più complessi al fine di ottenere ulteriori intuizioni sulle relazioni causali.

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