Entanglement tra fotoni!

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L’Entanglement è una correlazione quantistica a distanza che lega tra loro diverse particelle. Semplice no!
Semplice a parole – mi dice il mio cane – ma in pratica cosa significa?

Il principio, per quanto difficile da capire, si basa sul fatto che se due particelle vengono in qualche modo a contatto mantengono un legame anche se separate spazialmente. Esse rimangono in qualche modo legate indissolubilmente (entangled), nel senso che quello che accade ad una di esse, si ripercuote istantaneamente anche sull’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa.

Cosa c’entra con le particelle?
Beh, questo l’avevo già spiegato – mi rivolgo al mio cane mentre  gli tolgo la mia ciabatta dalla bocca prima che la faccia a pezzi.

Faccio un esempio. Due fotoni che interagiscono tra loro conservano una parte della loro quantità di moto (q=m*v, massa per velocità). Una legge fisica dice che la quantità di moto di un sistema isolato resta costante.
Quindi se conosciamo la quantità di moto totale e di una particella, allora conosciamo anche la quantità di moto dell’altra particella anche se è dall‘altra parte dell’universo.

Da qui si capisce l’importanza di fruttare questa proprietà. Questo risultato è un importante passo in avanti nell’ambito della ricerche mirate alla realizzazione di computer quantistici, che dovrebbero surclassare quelli convenzionali per potenza di calcolo.

Bene, un altro passo avanti è stato fatto.
Alcuni recenti esperimenti hanno prodotto l’entanglement tra i momenti angolari orbitali di due fotoni.

Per chiarezza bisogna dire che il momento angolare dei fotoni non è altro il loro spin, che, nella meccanica classica, è associata al moto di rotazione di un corpo intorno a un asse.
I fronti d’onda possono avvolgersi a spirale attorno alla direzione di propagazione. In questo caso i fotoni (i quanti di luce) associati all’onda, hanno quindi un momento angolare orbitale.

entaglement tra fotoniSu un esperimento effettuato all’Università di Leiden nel 1992, si sono concentrate di recente le attenzioni dei fisici teorici e di quelli sperimentali.
Nell’esperimentale usato nello studio (W. Löffler/Leiden University): attraversando un cristallo contemporaneamente, quattro fotoni emergono legati dall’entanglement.

Alcuni precedenti esperimenti hanno prodotto l’entanglement tra i momenti angolari orbitali di due fotoni, mentre il gruppo di Löffler, per la prima volta, è riuscito a ottenerlo per ben quattro fotoni, facendo in modo che passassero nello stesso istante in un cristallo.

L’interesse destato è dovuto al fatto che i momenti angolari orbitali di due particelle possono essere legati tra loro dall’entanglement, una correlazione a distanza che tanto aveva perplesso Albert Einstein.

Il risultato è importante perché fa progredire non solo la conoscenza di base su questo tipo di sistemi fisici, ma anche la capacità di manipolarli e sfruttarli in prospettiva per il calcolo quantistico. Le grandezze fisiche associate ad atomi e fotoni, infatti, possono essere usate per codificare i qubit, l’analogo quantistico dei bit, le unità d’informazione binaria.

Mente i bit possono assumere i valori “0” e “1” in corrispondenza dei due stati di un interruttore elettrico in un computer convenzionale, i qubit potrebbero assumere molti più valori, grazie alla capacità dei sistemi microscopici di assumere diversi stati o contemporaneamente una loro sovrapposizione. La quantità d’informazione codificabile sarebbe quindi maggiore, e il calcolo quantistico potrebbe essere estremamente più potente rispetto al calcolo convenzionale. L’entanglement, d’altra parte, è la base ideale per comunicazioni perfetto nel calcolo quantistico.

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