Un entanglement quantistico osservato su miliardi di miliardi di elettroni
Miliardi di elettroni entangled sono stati osservati in un “metallo strano”. Il materiale va incontro a una transizione di fase quantistica, un passaggio della materia che avviene allo zero assoluto. E al punto critico si osserva l’entanglement quantistico con queste caratteristiche
L’entanglement quantistico si distingue di nuovo. Un gruppo di ricerca ha osservato l’entanglement in miliardi di miliardi di elettroni che fluiscono in un metallo strano, ovvero con particolari proprietà quanto-meccaniche e magnetiche che non si manifestano negli altri metalli. Si tratta di un caso insolito in cui l’entanglement quantistico è visibile su un flusso di elettroni in un metallo che ha subito una transizione di fase quantistica ad una temperatura dello zero assoluto. Meccanica quantistica, fisica delle particelle e dei materiali si combinano insieme in un risultato, pubblicato su Science, che potrà aprire le porte allo studio di nuove tecnologie per i computer del futuro. La ricerca complessa è frutto del lavoro degli scienziati che hanno realizzato l’esperimento, dell’università Rice, che ne dà notizia, e dell’Università tecnica di Vienna.
Un entanglement quantistico osservato su miliardi di miliardi di elettroni
Una lunga attesa
Anche se in assoluto non è la prima volta che miliardi di particelle risultano entangled (vedi questo studio su Nature), in questo caso la novità sta nella concezione della ricerca, nel risultato e nel materiale utilizzato. Il fisico teorico Qimiao Si dell’università Rice a Houston, coautore del paper, ha trascorso più di due decenni a studiare cosa succede quando questi metalli strani e i superconduttori ad alta temperatura cambiano la loro fase quantistica. Capire cosa accade fisicamente potrà aprire le porte a nuove tecnologie nell’informatica, nelle comunicazioni e in diversi altri settori.
Gli autori pianificavano questo test già da 15 anni, ma all’epoca non c’erano le tecnologie necessarie. Ma dal 2016 la situazione è cambiata e la strumentazione complessa (un particolare microscopio e uno spettrometro terahertz) ha consentito di realizzare l’esperimento.
Il materiale
I ricercatori hanno esaminato il comportamento elettronico e magnetico di uno “metallo strano”, come lo definiscono appunto gli autori, composto da itterbio, rodio e silicio. Il materiale va incontro a una transizione fra due fasi quantistiche – il passaggio fra stati (quantici) della materia che si trova a temperatura prossima allo zero assoluto – ben note agli scienziati. Nella transizione fra una fase e un’altra, cambia l’assetto magnetico del materiale e questo è alla base delle osservazioni dei ricercatori.
La stranezza dei metalli
“Con questi metalli strani, c’è un’insolita connessione fra la resistenza elettrica e la temperatura”, spiega l’autrice Silke Bühler-Paschen dell’Università tecnica di Vienna. Al contrario di ciò che avviene in metalli come l’oro o il rame, questo collegamento non sembra dovuto ai movimenti termici degli atomi. “Ma a fluttuazioni quantistiche alla temperatura dello zero assoluto”.
L’entanglement quantistico
Il segno distintivo, la firma che siamo al punto critico quantistico (in cui avviene questa transizione) è l’osservazione del fenomeno dell’entanglement quantistico degli elettroni. “Quando ci riferiamo all’entanglement quantistico, pensiamo a minuscoli corpi”, ha spiegato Si. “Non lo associamo a oggetti macroscopici. Ma ad un punto quantistico critico, i corpi assumono un comportamento collettivo tale da poter osservare gli effetti dell’entanglement, anche in un film metallico che contiene miliardi di miliardi di oggetti quantomeccanici”. In pratica l’entanglement è stato osservato nel materiale realizzato e non studiando fotoni con complesse apparecchiature, come in diversi esperimenti precedenti.
“L’entanglement quantistico è alla base della conservazione e dell’elaborazione dell’informazione quantistica”, ha spiegato Qimiao Si, e per questo la meccanica quantistica combinata con lo studio dei materiali rappresenta una delle frontiere tecnologiche del futuro.
L’entanglement quantistico è un complesso e misterioso fenomeno della meccanica quantistica, definito da Einstein come “spaventosa azione a distanza”. Secondo la meccanica quantistica è possibile realizzare un sistema in cui due particelle sono intrinsecamente collegate e questa unione ha effetti sul sistema fisico: qualsiasi azione o misura sulla prima ha un effetto istantaneo anche sulla seconda (e viceversa) anche se si trova a distanza. Ma oggi i ricercatori l’hanno rilevato, a coppie, su miliardi di particelle, tanto da riguardare un sistema macroscopico.
di: Viola Rita
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