Scienze

Avete capito cos'è l'entanglement quantistico che è valso il Nobel per la fisica? E a "che serve"?

I tre scienziati che hanno vinto il Nobel per la fisica hanno dimostrato che è possibile studiare e controllare particelle che si trovano in uno stato di entanglement. Ma che cosa significa?

Se avete seguito le notizie sul Nobel per la Fisica assegnato ai tre scienziati Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger "per i loro esperimenti (...) che hanno permesso di stabilire la violazione delle diseguaglianze di Bell e per i lavori pionieristici nel campo della scienza dell'informazione quantistica" avrete certamente sentito citare il concetto entanglement, spesso associato alla sua natura quantistica. E molto probabilmente avrete letto o sentito anche riferimenti ad applicazioni nel campo delle tecnologie informatiche. Ma vi è davvero chiaro cosa sia l'entanglement quantistico? E che c'entra, dunque, con le tecnologie informatiche? Cerchiamo insieme di capirne di più.

Che cos'è l'entanglement quantistico?
L'entanglement ("intrecciamento") è una proprietà che lega tra loro due o più particelle, rendendole, per così dire "telepatiche". Per capire che cosa significhi davvero, dobbiamo entrare nel mondo della meccanica quantistica. Prendiamo per esempio una moneta, che nel mondo classico può essere solo in due stati possibili: testa o croce.

Nella meccanica quantistica, una moneta isolata può essere in uno stato "indeterminato", cioè contemporaneamente testa e croce. Quando si effettua una misura, per vedere in che stato è, allora si forza la moneta ad assumere uno dei due valori: testa o croce.

Da notare che la moneta assume uno di questi due stati in maniera puramente probabilistica, cioè imprevedibile. Se si prendono due monete e di entrambe si osserva lo stato, in generale le probabilità che le misure diano testa o croce sono indipendenti. Se invece le monete sono legate da entanglement - e qui arriviamo al punto - se osservo una moneta e trovo croce, allora anche l'altra deve essere (per esempio) croce. I risultati delle due misure sono correlati.

Che cosa c'è di strano? Apparentemente nulla. Però questa proprietà vale anche se le due monete sono in uno stato indeterminato e sono molto lontane tra loro, per esempio sulla Terra e su Plutone. Se allora osservo la moneta sulla Terra e trovo croce, allora posso essere sicuro che anche su Plutone troverò croce. In altre parole, il risultato della misura sulla Terra influenza istantaneamente quello di una misura su Plutone. Questo tipo di "comunicazione" istantanea (e quindi più veloce della luce) non può trasportare informazione, ma ugualmente disturbava Einstein, che per questo definì l'entanglement spooky action at a distance (una "sinistra azione a distanza")

Che cosa c'entra con le tecnologie informatiche?
L'entanglement trova applicazione innanzitutto nella crittografia, cioè la tecnologia che consente di mandare messaggi cifrati in modo che non possano essere intercettati.

L'entanglement, infatti, consente di inviare sequenze di bit quantistici (in cui gli stati "0" e "1" siano indeterminati come nell'esempio della moneta) in modo tale che chi manda il messaggio si accorgerebbe immediatamente dell'eventuale presenza di un intruso, perché rimarrebbe una traccia dell'intercettazione sulle particelle legate da entanglement.

L'entanglement, insieme alle altre proprietà quantistiche, trova poi applicazione anche nei computer quantistici, perché costituisce un modo di trasferire l'informazione tra un punto e un altro di un processore o di un altro tipo di circuito elettronico.

4 ottobre 2022 Andrea Parlangeli
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