I due volti della fisica quantistica, la connessione tra onda e particella

Non solo “Dio gioca a dadi con l’universo”, con buona pace di Albert Einstein, critico nei confronti della meccanica quantistica, ma la sensazione è che Dio ami vincere e, proprio per questo, moltiplica le possibilità. Il computer quantistico è sempre più vicino, come dimostra l’esperimento del team della Sapienza. Onda e particella: i due volti della fisica quantistica per la prima volta connessi con l’azione a distanza tra fotoni.

Nel Quantum Information Lab della Sapienza, in collaborazione con l’Università di Palermo, è stata osservata per la prima volta la connessione di due aspetti fondamentali del mondo quantistico: la duplice natura onda-particella dei fotoni e la loro correlazione a distanza. Lo studio porta con sé anche nuovi possibili sviluppi tecnologici che rivoluzioneranno il concetto di informazione, superando i limiti della logica binaria. Le informazioni non viaggeranno più in pacchetti di dati lungo reti tradizionali, ma saranno trasportate da fotoni a prova di pirata informatico. Anche l’industria dell’IoT sarà al centro di questa rivoluzione, con sensori in grado di rilevare spostamenti infinitesimali. Tra le proprietà della materia descritte dalla fisica quantistica, c’è la duplice natura di ogni particella che si comporta al tempo stesso come onda e come corpuscolo e l’esistenza di una profonda correlazione a distanza tra sistemi di particelle microscopiche, come i fotoni. Questi due fenomeni, comunemente noti come “dualismo onda-particella” ed “entanglement” (per il quale Einstein coniò l’espressione “azione spettrale a distanza”), sebbene verificati più volte separatamente, finora non erano mai stati osservati in relazione tra loro.

Lo studio – coordinato a livello sperimentale da Fabio Sciarrino del dipartimento di Fisica della Sapienza e a livello teorico da Rosario Lo Franco del dipartimento di Energia, ingegneria dell’informazione e modelli matematici dell’Università di Palermo – ha dimostrato che questi due aspetti della meccanica quantistica possono coesistere. Il team adesso sta lavorando in due nuove direzioni. «Da un punto di vista concettuale – spiega Sciarrino – il nostro scopo è sviluppare teoricamente e sperimentalmente dei quantificatori (“witness”) delle risorse quantistiche. Da un punto di vista tecnologico, stiamo sviluppando una piattaforma integrata basata su circuiti ottici in modo da poter incrementare la complessità degli stati generati, per applicazioni nell’ambito della crittografia e della comunicazione quantistica».

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