COMUNICAZIONE QUANTISTICA ed ENTANGLEMENT QUANTISTICO



Il Teletrasporto Quantistico rientra in quell'area di studi nota con il nome di Informatica Quantistica. Essa non e' altro che l'insieme delle tecniche di calcolo e del loro studio che utilizzano i “quanti” per memorizzare ed elaborare le informazioni.

La tecnica del Teletrasporto Quantistico permette, sotto certe restrizioni, di trasferire uno stato quantico di una particella (lo stato di polarizzazione dei fotoni, lo stato di spin degli elettroni o lo stato di eccitazione degli atomi) in un punto arbitrariamente lontano. In pratica, con questa tecnica, ad essere trasferita non è la particella in sé, ma la particella “ricevente” acquisisce esattamente lo stesso stato quantico di quella “trasmittente”.

Il Principio di Indeterminazione di Heisenberg vieta di conoscere con esattezza lo stato quantico della particella trasmessa, pero' una proprietà dettacorrelazione non locale(Entanglement) fa sì che questo non sia un problema per il Teletrasporto. L'effetto coinvolto in un processo di Teletrasporto Quantistico è noto come Entanglement Quantistico.

E' evidente che con il Teletrasporto Quantistico non si ha un trasferimento alla Star TreK, ma, attraverso il fenomeno “Entanglement”, è possibile trasferire (istantaneamente) “le caratteristiche” (stati quantici) di fotoni, atomi o ioni, in altri fotoni, atomi, ioni, posti ad una distanza qualsiasi.

ENTANGLEMENT QUANTISTICO

Nel 1926, Erwin Schrödinger ipotizzo' per la prima volta l'Entanglement Quantistico e nel 1935 introdusse il termine "Entanglement" (letteralmente: groviglio, intreccio). La “correlazione quantistica” o “Entanglement Quantistico” è un fenomeno quantistico, privo di analogo classico. In base a questo fenomeno, ogni stato quantico di un insieme di due o più sistemi fisici dipende dallo stato di ognuno di essi, anche se spazialmente separati. A volte, questo fenomeno viene chiamato “non-separabilità. Esso implica la presenza di correlazioni a distanza tra le quantità fisiche osservabili dei sistemi coinvolti, stabilendo cosi' il carattere “non locale” della teoria quantistica. In base a questo fenomeno, se due particelle interagiscono per un certo periodo di tempo e poi vengono separate, quando una delle due particele viene sollecitata, in modo tale da cambiare il suo stato, istantaneamente sulla seconda particella si manifesta un'analoga sollecitazione, a qualunque distanza essa si trovi rispetto alla prima; in altri termini, anche la seconda particella modifica istantaneamente il suo stato. Il fenomeno Entanglement viola dunque il “principio di località”, per il quale ciò che accade in un luogo non può influire immediatamente su ciò che accade in un altro.

Albert Einstein, pur avendo dato importanti contributi alla teoria quantistica, non accettò mai che una particella potesse istantaneamente influenzare un'altra particella. Egli cercò a lungo di dimostrare che la “violazione della località” fosse solo apparente, ma tutti i suoi tentativi furono respinti dai suoi oppositori.

L'Entanglement viene indicato spesso come effetto EPR, dalle iniziali di Albert Einstein, Boris Podolski e Nathan Rosen che, nel 1935, ne analizzarono le conseguenze su particelle poste a grandi distanze. Le particelle coinvolte sono anche dette coppie EPR.

Nel 1982 il fisico Alain Aspect, con una serie di sofisticati esperimenti, dimostrò l'esistenza del fenomeno “Entanglement e quindi l'inconsistenza della posizione di Einstein.

Nell'ottobre del 1998 il fenomeno Entanglement fu definitivamente confermato dalla riuscita di un esperimento sul Teletrasporto, effettuato dall'Institute of Technology (Caltech) di Pasadena, in California.

Un semplice esperimento sul fenomeno Entanglement

Due particelle “gemelle” vengono lanciate in direzioni opposte. Se la particella 1, durante il suo tragitto, incontra un magnete che ne devia la direzione verso l’alto, la particella 2, invece di continuare la sua traiettoria in linea retta, devia contemporaneamente la sua direzione ed assume così un moto contrario alla sua gemella:

Questo esperimento dimostra che:

  1. le particelle sono in grado di comunicare tra loro trasmettendo ed elaborando informazioni.

  2. la comunicazione è istantanea.

Il fisico Niels Bohr disse: “Tra due particelle [correlate] che si allontanano l'una dall'altra nello spazio, esiste una forma di azione - comunicazione permanente. […]. Anche se due fotoni si trovassero su due diverse galassie continuerebbero pur sempre a rimanere un unico ente …”

GLI ESPERIMENTI DI ALAIN ASPECT

Alain Aspect, con la collaborazione dei ricercatori J. Dalibard e G. Roger dell’Istituto di Ottica dell’Università di Parigi, dimostrò l'esistenza dell'Entanglement, confermando così le ipotesi di "non località" della teoria quantistica.

In figura è riportata una schematizzazione delle apparecchiature utilizzate da Aspect e dai suoi collaboratori durante gli esperimenti. Un atomo di calcio eccitato, al centro della figura, produce una coppia di fotoni correlati che si muovono lungo i percorsi opposti A e B:

Lungo il percorso A, di tanto in tanto, viene inserito un cristallo birifrangente che funge da filtro. Quando il fotone interagisce con il cristallo si può verificare, con una probabilità del 50%, che il fotone venga deviato o che attraversi il cristallo proseguendo indisturbato per la sua strada. Alle estremità di ciascun tragitto, previsto per ciascun fotone, è posto un rivelatore di fotoni che ne permette la rilevazione. Aspect osservò che, nel momento in cui veniva inserito il cristallo birifrangente lungo il percorso A e si verificava una deviazione del fotone 1 verso il rivelatore C, anche il fotone 2 del percorso B (senza “ostacoli” davanti), "spontaneamente" ed “istantaneamente”, deviava verso il rivelatore D. Praticamente l’atto di inserire il cristallo birifrangente, con la conseguente deviazione del fotone 1, faceva deviare il fotone 2, istantaneamente e a distanza.

Tutto ciò può sembrare strano, ma è quello che accade quando si eseguono esperimenti su coppie di particelle correlate. Pertanto, l’idea che particelle correlate rappresentino enti distinti, quando esse sono situate in luoghi distanti, deve essere abbandonata.

Brian Josephson, premio Nobel per la Fisica, in riferimento all’unicità della materia che scaturisce dalla visione “non localistica” della teoria quantistica, si esprime cosi': “L’universo non è una collezione di oggetti, ma una inseparabile rete di modelli di energia vibrante nei quali nessun componente ha realtà indipendente dal tutto: includendo nel tutto l’osservatore”.

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