Questi fisici hanno messo il gatto di Schrödinger in due scatole

Una nuova svolta per uno degli esperimenti più famosi della fisica potrebbe essere un'ottima notizia per il quantum computing.
01 giugno 2016, 9:11am

Il gatto di Schrödinger è l'analogia più classica del mondo della fisica. Si sa come funziona: c'è un gatto nascosto in una scatola. E la scatola è uno strano tipo di macchina della morte progettata per somministrare del veleno al gatto. La somministrazione del veleno, però, è determinata dal decadimento di un atomo radioattivo, un evento fondamentalmente casuale—o perlomeno molto vicino all'esserlo.

La scatola è un'analogia usata per rappresentare una caratteristica fondamentale delle meccaniche quantistiche. Non esiste uno stato che si trovi tra il 'mezzo morto' e il 'mezzo vivo' per un gatto (come per praticamente qualsiasi essere vivente), ma nel mondo quantico succede proprio questo.

Le particelle tendono a manifestarsi in molti stati diversi possibili contemporaneamente—se una particelle può essere una particella morta, può anche essere solo mezza morta. Almeno fino a quando non la osserviamo, e dunque interferiamo con essa. Dopo di che, 'sceglie' uno stato e le cose tornano normali, almeno per come la pensiamo noi.

Come descritto nell'ultimo numero di Science, un team di fisici provenienti in gran parte dall'Università di Yale ha contribuito a questo paradosso con un fattore interessante e potenzialmente cruciale che cambierebbe il contesto classico del gatto di Schrödinger: un altro gatto. In questo caso, i gatti sono due campi di micro-onde che risiedono in due cavità diverse, un'impostazione che può essere immaginata come due scatole piene di fotoni (i fotoni intesi come portatori della forza elettromagnetica, così come le micro-onde). Queste scatole, dunque, si intercettano a un certo punto, trasformandosi quindi in un singolo gatto di Schrödinger presente in due posti.

Mentre quella del gatto in scatola è una comune analogia, esiste uno specifico fattore fisico conosciuto come "cat state." Si tratta essenzialmente di ciò che abbiamo descritto prima—una manciata di fotoni intrappolati in una scatola—in cui tutti i fotoni che condividono lo stesso stato, ovvero una sovrapposizione quantica dei due stati. Non è un esempio macroscopico come il gatto, certo. A differenza di quello del gatto mezzo vivo mezzo morto, questo cat state è un vero stato quantico, un vero esempio di sovrapposizione quantica. Due opposti, insieme, che diventano uno.

"Se osservi entrambe le scatole assieme, puoi interpretarlo come un singolo grande cat state che si espande nelle due scatole—oppure puoi guardare alle due scatole, entrambe con un singolo cat state che si interlaccia con l'altro di modo da rendere i loro destini interdipendenti," mi ha spiegato Yvonne Gao, co-autrice dello studio.

La proprietà di entanglement, in questo caso, non è così ovvia come nel solito caso del gatto di Schrödinger, come le particelle che si trovano in più punti contemporaneamente o che roteano in direzioni opposte. In questo caso, la proprietà che vogliamo conoscere è la parità fisica.

"La domanda che stiamo ponendo a queste due scatole è, insieme, avete un numero pari o dispari di fotoni?," mi ha spiegato Gao. "Non vogliamo conoscere il numero preciso di fotoni, o la parità o disparità dei singoli fotoni, vogliamo conoscere la parità dell'insieme dei fotoni delle due scatole."

È molto più che un aneddoto curioso. Una delle sfide più grandi (o forse proprio quella più grande) della quantum computation, in generale, è aumentare la quantità di informazioni che possono essere rappresentate. Ciò significa incrementare il numero di particelle nel sistema computazionale, cosa piuttosto difficile da fare perché gli stati quantici sono molto, molto fragili.

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