Una scoperta che ha vinto il Premio Nobel per la Fisica 2022

I progressi della fisica quantistica sfidano tutte le nostre convinzioni sul mondo che ci circonda. Quest’anno il Premio Nobel per la Fisica premia tre ricercatori che, dopo 50 anni di lavoro, hanno definitivamente dimostrato più di un semplice fatto controverso: il fenomeno dell’entanglement quantistico – dove gli stati quantistici di due particelle sono collegati indipendentemente dalla distanza tra loro . essi. È la base per lo sviluppo dei computer quantistici odierni e ha permesso di comprendere ciò che Einstein chiamava “lavoro spettrale a distanza”.

Fino alla fine del diciannovesimo secolo si credeva che la realtà fosse a nostra disposizione e che gli scienziati fossero osservatori esterni di fenomeni che potevano poi descrivere oggettivamente. Il Fisica quantisticapersona che opera nell’infinità della filigrana, suscita un vivace dibattito sul rapporto tra scienza e realtà.

Infatti, possiamo conoscere oggettivamente il mondo che ci circonda misurandolo. Ma l’atto della misurazione nel mondo quantistico modifica e quindi disturba l’oggetto studiato. Infatti, è impossibile conoscerne le condizioni prima della misurazione. Da qui la domanda: le particelle sono “cose” in sé, possiamo attribuire loro un fatto fisico indipendente al di fuori dell’osservazione? Einstein Si diverte dicendo: Pensi davvero che la luna non esista quando non la guardi? Queste sono le basi del cosiddetto Entanglement quantistico.

Dobbiamo sapere che l’entanglement quantistico è il fenomeno in cui due (o più) particelle si trovano nel cosiddetto stato di entanglement, ovvero, nonostante la distanza tra loro, agiscono nel loro insieme: una modifica di una di esse porta a un cambiamento sull’altro.

Lavorando in modo indipendente, ciascuno dei tre ricercatori ha assegnato il Premio Nobel per la fisica 2022 per i nuovi esperimenti che dimostrano e studiano l’entanglement quantistico. Se un osservatore determina lo stato di una tale particella, le sue controparti entangled rifletteranno immediatamente quello stato, sia che si trovino nella stessa stanza con l’osservatore o in galassia Dall’altra parte dell’universo! I loro risultati si sono rivelati una violazione La cosiddetta disuguaglianza Bell Ha aperto la strada a nuove tecnologie basate sull’informazione quantistica attualmente utilizzata per lo sviluppo Computer quantisticiIl Cifra quantistica e il futuro Internet quantistico.

La disuguaglianza di Bell, prova dell’entanglement quantistico

Élucidée pour la première fois par Erwin Schrödinger en 1935, menant à son célèbre paradoxe du chat, l’intrication a été rejetée par Albert Einstein comme une « action effrayante à distance » et a physiclenché un long débat sur’que philosoph Meccanica quantistica. Era una teoria completa, o era un entanglement quantistico dovuto a “variabili nascoste” perché le sue leggi non hanno significato nel mondo macroscopico.

Nel 1964, John Bell, un teorico dell’Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), propose una teoria nota come disuguaglianza di Bell, che mise alla prova questa domanda. Concretamente, mostra che se i valori nascosti sono compromessi, allora la correlazione tra i risultati di un gran numero di misurazioni non supererà un certo valore; Al contrario, se la meccanica quantistica è completa e quindi una teoria valida, questo valore può essere superato. Questo è ciò che effettivamente accade: tutti gli esperimenti che mettono in pratica queste disparità, compresi quelli dei tre premi Nobel, mostrano che vengono aggirati e che la fisica quantistica è davvero una teoria completa.

Nello specifico, John Clauser (JF Clauser & Associates, USA) è stato il primo a studiare sperimentalmente la teoria di Bell, ottenendo misurazioni che chiaramente violavano la disuguaglianza di Bell, supportando così la meccanica quantistica. Quindi Alain Aspect (Università di Paris-Saclay e École Polytechnique, Francia) ha messo i risultati su basi solide immaginando modi per effettuare misurazioni di coppie di fotoni entangled dopo aver lasciato la loro sorgente, eliminando così gli effetti dell’ambiente in cui sono stati emessi. Alla fine, utilizzando strumenti migliorati e una lunga serie di esperimenti, Anton Zeilinger (Università di Vienna, Austria) iniziò a utilizzare stati quantistici entangled per dimostrare, tra le altre cose, Teletrasporto quantisticoche consente il trasferimento di uno stato quantistico da una particella all’altra.

come riassunto rapporto Al CERN, questi esperimenti precisi e rivoluzionari non solo hanno confermato la teoria quantistica, ma hanno anche gettato le basi per un nuovo campo della scienza e della tecnologia, che ha applicazioni nell’informatica, nelle comunicazioni, nel rilevamento e nella simulazione.

L’universo non è localmente reale, che è un principio fondamentale dell’informatica quantistica

Attualmente, l’entanglement è accettato come una delle caratteristiche principali della meccanica quantistica e viene implementato nella crittografia, nell’informatica quantistica e nella futura “Internet quantistica” a più di un miliardo di dollari all’anno. Uno dei suoi primi successi in crittografia è stato l’invio di messaggi utilizzando coppie di fotoni entangled, generando chiavi di crittografia in modo sicuro, ovvero l’intercettazione avrebbe distrutto l’entanglement, avvisando il destinatario dell’hacking.

Sarebbe quindi una chiara dimostrazione che l’universo non è localmente reale, come hanno dimostrato gli scienziati vincitori del Premio Nobel di quest’anno. Come descritto in un articolo di Scientifico americano, “reale” significa che gli oggetti hanno proprietà definite che sono indipendenti dall’osservazione: una mela può essere rossa anche quando nessuno la guarda, cosa che non accade nel mondo quantistico. Le proprietà delle cose sono interconnesse dall’osservazione.

La parola “locale” significa che le cose possono essere influenzate solo dal loro ambiente e che nessun effetto può viaggiare più veloce della luce. Questo non è nemmeno il caso della fisica quantistica “a causa” dell’entanglement quantistico. Così i tre scienziati hanno dimostrato che le cose non sono influenzate solo dal loro ambiente, la modifica di una particella avrà ripercussioni sulla sua particella aggrovigliata, che è di diverse anni luce Per esempio.

Nel 2017, il dottor Zeilinger ha utilizzato questa tecnica tramite un satellite cinese chiamato meglio ottenere chat video crittografata 15 minuti con Jian Wei Pan dell’Accademia cinese delle scienze, uno dei suoi ex studenti. Il satellite, creato in parte grazie alle scoperte di John Clauser, sfrutta molte delle proprietà della meccanica quantistica applicata ai fotoni, le particelle elementari della luce. Il satellite è in grado di creare ed emettere coppie di fotoni entangled, in due telescopi separati da 1.203 chilometri.

Pur riconoscendo che il premio onora le future applicazioni del suo lavoro, il dottor Zeilinger sottolinea in un’intervista Il New York Times : « Il mio consiglio è: fai quello che trovi interessante e non preoccuparti troppo delle possibili applicazioni Da parte sua, il dottor Closer dice: Ammetto ancora oggi che ancora non capisco la meccanica quantistica e non sono sicuro di saperla usare bene. ».

Tuttavia, in un articolo di ScienzeNicolas Gisin, fisico dell’Università di Ginevra in Svizzera, conferma: Questo premio è ben meritato ma un po’ in ritardo. La maggior parte di questo lavoro è stata svolta in [années 1970 et 1980]ma il Comitato per il Nobel è stato molto lento e ora corre dietro al boom delle tecnologie quantistiche ».

Questo boom sta accadendo a livello globale. Jessen conclude: Negli Stati Uniti, in Europa e in Cina, miliardi, letteralmente miliardi di dollari vengono versati in questa regione. Quindi questo cambia completamente. Invece di avere pochi individui che sono pionieri nel campo, ora abbiamo folle molto grandi di fisici e ingegneri che lavorano insieme. ».

Sebbene alcune applicazioni quantistiche siano ancora agli albori, gli esperimenti di Clauser, Aspect e Zellinger introducono la meccanica quantistica e le sue implicazioni per il mondo macroscopico. I loro contributi dimostrano alcune delle idee chiave un tempo controverse della meccanica quantistica e promettono nuove applicazioni che un giorno potrebbero trovare la loro strada nella vita di tutti i giorni.