L’entanglement come test per la gravità quantistica
Non si pensa più che gli effetti quantistici come l’etanglement e la sovrapposizione siano incardinati nel nostro modo di osservare la realtà; si è invece più inclini a ritenere che riguardino la realtà in se stessa su piccola scala.
Nel famoso esperimento mentale di Schrödinger, lo stato quantico di un gatto si intreccia con lo stato di un nucleo atomico in decadimento, con l’esito apparentemente assurdo di un gatto mezzo vivo e mezzo morto. È la nascita del concetto di entanglement (Verschränkung, letteralmente intrecciamento o incorciamento) introdotto proprio da Schrödinger nel 1935 in un brillante saggio comparso a puntate sulla rivista “Die Naturwissenschaften”.
In origine l’esperimento mentale era stato ideato sulla base di una convinzione abbastanza diffusa: l’entanglement riguarda solo le nostre conoscenze sul mondo, le nostre misure ed osservazioni, non il mondo in se stesso; di conseguenza, sarebbe abbastanza assurdo cercare di applicare questi “fenomeni strani” alla dimensione macroscopica.
Schema della sovrapposizione fononi-fotoni. (Credit: R. Ghobadi, et al. ©2014 American Physical Society).
Non siamo più ai tempi di Schrödinger. Soprattutto negli ultimi venticinque anni le cose sono radicalmente cambiate. Non si pensa più che gli effetti quantistici come l’etanglement e la sovrapposizione siano incardinati nel nostro modo di osservare la realtà; si è invece più inclini a ritenere che riguardino la realtà in se stessa su piccola scala. Questo cambio di prospettiva è un terreno molto fertile per tutti quegli studi sull’applicabilità di questi fenomeni a diverse scale di grandezza, che ormai sono l’anticamera dei più importanti progressi tecnologici su cui si basano il teletrasporto quantistico e i computer quantistici.
Per estendere gli effetti quantistici a livello macroscopico, un team di ricercatori dell’Institute for Quantum Science and Technology di Calgary, in Canada, sta lavorando per realizzare uno stato entangled tra un sistema macroscopico ed uno microscopico, proprio come nel Gedankenexperiment di Schrödinger. I primi risultati sono appena stati pubblicati su Physical Review Letters.
Fino ad oggi il micro-macro entanglement è stato dimostrato sperimentalmente solo nei sistemi ottici, ed è attualmente in vuia di sviluppo in altri settori, come i sistemi optomeccanici ed elettro-meccanici. Ora, Roohollah Ghobadi e colleghi hanno proposto un metodo per generare uno stato entangled in un sistema optomeccanico in un certo senso ibrido, ossia caratterizzato da due scale di grandezza diverse. Lo scopo è duplice. Non si tratta solo di testare le potenzialità e i limiti degli stati entangled, capendo qual è la soglia entro cui è possibile “controllare” il collasso della funzione d’onda e, dunque, la perdita di coerenza del sistema, ma potrebbe anche rivelarsi un buon modo per testare gli effetti della gravità quantistica, effetti che si prevede si verifichino in un arco di tempo molto più breve rispetto alla perdita di coerenza del sistema indotta da fattori ambientali.
“La nostra proposta consente di osservare un vero e proprio stato di sovrapposizione a livello macroscopico di oggetti massicci”, ha spiegato Ghobadi a Phys.org. “Sembra anche promettente per testare alcuni modelli di collasso”. L’esperimento consiste in questo: due o più fotoni entangled sono posti in un risonatore meccanico contenente miliardi di atomi; una volta inseriti, l’iniziale stato di micro-entanglement viene amplificato – in modo analogo a quanto avviene nelle casse di risonanza – e i fotoni vengono convertiti in fononi, ossia quelle quasiparticelle che descrivono un quanto di vibrazione all’interno di reticolo cristallino. Questo approccio rende possibile la creazioni di stati macro-entangled optomeccanici in cui gli stati di fotoni e di fononi sono in sovrapposizione.
Cosa c’entra la gravità con tutto questo? I ricercatori sono convinti che in alcuni esperimenti futuri si potrà confrontare il tempo di collasso del sistema (nell’ordine di microsecondi) con il tempo di perdita della coerenza a causa di fattori ambientali (nell’ordine di millisecondi). Collasso e decoerenza possono infatti essere distinti solo conducendo l’esperimento su masse diverse, variando anche altri fattori come l’amplificazione e il numero di fononi impiegati. Le applicazioni nello stoccaggio e trasmissione dell’informazione quantistica sono solo l’inizio.
Paper di riferimento:
R. Ghobadi, et alii., Optomechanical Micro-Macro Entanglement, in “Physical Review Letters”, 112, 2014, DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.080503
