Dopo il Nobel in Medicina e Fisiologia a Svante Paabo, l’Accademia delle scienze svedese premia i fisici Alain Aspect (Université Paris-Saclay ed École Polytechnique, Palaiseau, Francia), John F. Clauser (J.F. Clauser & Assoc., Walnut Creek, California, USA) e Anton Zeilinger (University of Vienna, Austria). Il premio, diviso in parti uguali, è stato assegnato:
«per gli esperimenti con fotoni “entangled”, che hanno stabilito la violazione delle disuguaglianze di Bell e aperto le porte alla scienza dell'informatica quantistica»
A proposito degli studi dei vincitori Anders Irbäck, presidente del Comitato Nobel per la fisica, ha dichiarato:
Diventa sempre più chiaro che sta emergendo un nuovo tipo di tecnologia quantistica. Il lavoro dei vincitori con gli stati entangled è di grande importanza, anche al di là delle domande fondamentali sull'interpretazione della meccanica quantistica.
E sono rivoluzionarie e futuribili le tecnologie sulle quali nei prossimi decenni si fonderà l’informatica quantistica, una disciplina nella quale la trasmissione, la produzione e l’archiviazione di informazione si basa su alcune proprietà quantistiche delle particelle apparentemente controintuitive.
Che cos’è l’entanglement
Un fenomeno chiave è l’entanglement, che in inglese potremmo tradurre con “groviglio”, “intreccio”. Si tratta di un fenomeno quantistico in base al quale due particelle sono come “legate” fra loro anche quando si trovano a enorme distanza. Lo stato quantico di questo “intreccio” è la sovrapposizione degli stati delle due particelle: in virtù di questo legame, ogni volta che misuriamo lo stato di una particella determiniamo simultaneamente lo stato dell’altra.
Quando si parla di mondo microscopico, le analogie con oggetti macroscopici, quelli che sperimentiamo con i sensi, sono sempre rischiose. Mettiamo tuttavia da parte per un attimo le particelle entangled e ragioniamo con delle palle da biliardo, una bianca e una nera. Sappiamo che una è ferma vicino alla sponda destra del biliardo, mentre l’altra si trova sulla sponda sinistra. Nella sala da biliardo è buio, ma abbiamo due faretti a disposizione: il primo punta verso la sponda destra, il secondo verso la sponda sinistra. Se vogliamo sapere di che colore è la pallina che si trova a sinistra, dobbiamo accendere il faretto che punta da quella parte: questa operazione, nella nostra analogia, corrisponde alla misura dello “stato di colore” della palla. Se vediamo che la palla che abbiamo illuminato è bianca, non abbiamo bisogno di accendere l’altro faretto per sapere che l’altra palla è nera. È come se la misura sulla palla a sinistra abbia determinato simultaneamente lo “stato di colore” della palla a destra. Fino a qui tutto bene.
Il problema è che se le palle da biliardo fossero quantistiche ed entangled, il colore della prima palla diventerebbe bianco solo nell’istante in cui accendiamo il faretto. Questo vuol dire che se spegnissimo il faretto e poi lo riaccendessimo potremmo trovare che quella palla ora è nera (e di conseguenza l’altra ora sarebbe quella bianca). La domanda da porsi è allora la seguente: queste palle da biliardo quantistiche hanno qualche proprietà nascosta che non conosciamo oppure il loro colore è stabilito con una certa probabilità solo nell’istante in cui accendiamo uno dei due faretti?
Gli esperimenti dei tre scienziati premiati hanno confermato che nel mondo quantistisco non ci sono proprietà "nascoste" all’origine, ma che tutto è “deciso” dalla misura, e che questo vale anche per particelle che sono in entanglement tra loro. Questa proprietà, predetta dalla meccanica quantistica (e per la precisione dal teorema della disuguaglianza di Bell), ci permette di “fidarci” dei meccanismi di entanglement al punto da sfruttarli per trasferire informazioni.
Manipolare l’entanglement tra particelle
I fisici hanno scoperto che è possibile manipolare questo entanglement, cioè si possono mettere in questo stato anche particelle che non si sono mai incontrate fra loro. Proviamo a capirlo tramite un’immagine. Date due coppie di particelle (per esempio fotoni) in entanglement, si può fare in modo che la particella di una coppia sia messa in entanglement con quella di un’altra coppia vicina. Quando succede questo, allora le inflessibili regole quantistiche fanno sì che anche le altre due particelle più lontane, che non sono mai state legate prima, risultino entangled e si comportino come tali. Il risultato è che siamo riusciti a far viaggiare un’informazione in maniera istantanea. Se immaginiamo di ripetere questa operazione molte volte, è facile rendersi conto di come possiamo trasferire istantaneamente informazione a grandissima distanza, facendola viaggiare attraverso particelle entangled.
Teoria e pratica
Da sempre, sono gli stessi addetti ai lavori a essere stupiti della “stranezza” della meccanica quantistica. Un altro premio Nobel per la fisica, Richard Feynman, ha scritto:
Dal punto di vista del buon senso l'elettrodinamica quantistica descrive una Natura assurda. Tuttavia è in perfetto accordo con i dati sperimentali. Mi auguro quindi che riusciate ad accettare la Natura per quello che è: assurda.
Nonostante la frequenza dell’aggettivo “quantico”, la fisica quantistica è un campo estremamente specializzato e molto difficile da comunicare al grande pubblico. Servono molti anni di studi e tanta matematica per capire davvero questi fenomeni. Ma, come ha ricordato il presidente del Comitato, il premio è stato assegnato anche per le potenziali ricadute tecnologiche che questi studi potranno avere. Le maggiori aziende, e interi paesi, incluso il nostro, stanno investendo miliardi nel quantum computing. I prototipi sono sempre più potenti, e la commercializzazione dei primi modelli è vicina.
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