Premio Nobel per la fisica 2022: premiati i pionieri dell’informazione quantistica

Autore: Roberto Campagnola

Ieri mattina alle 11.45 sono stati annunciati i vincitori del Premio Nobel per la Fisica del 2022.

L’Accademia reale svedese delle Scienze ha assegnato il premio ad Alain Aspect, John Clauser e Anton Zeilinger “per i loro esperimenti con l’entanglement dei fotoni, che hanno permesso di stabilire la violazione delle disuguaglianze di Bell e i lavori pionieristici nella scienza dell’informazione quantistica”.

La meccanica quantistica, pur presentando principi e prove sperimentali altamente controintuitivi, spiega con un elevatissimo grado di accuratezza i fenomeni microscopici. Uno dei risultati più caratteristici è il fenomeno dell’entanglement.

Due sistemi quantistici sono entangled, cioè intrecciati, quando i loro stati non sono esprimibili in maniera separata, ma solo come una combinazione lineare delle parti che lo compongono. Ipotizziamo di avere due particelle entangled costruite in modo tale che il loro spin (una grandezza che ha analogia con il momento angolare)  totale sia nullo; se misuriamo lo spin di una particella e otteniamo che sia diretto lungo una direzione (p.e. potremmo dire verso l’alto) istantaneamente la seconda particella avrà lo spin nel verso opposto in modo da avere spin totale nullo,  tutto ciò indipendentemente dalla distanza tra le due particelle. 

Einstein e il principio di località

Titolo di un articlo del New York Times, 4 maggio 1935

Questo fenomeno così peculiare della meccanica quantistica,  fu oggetto di molti studi e portò alla formulazione di molti paradossi tra i più famosi: il paradosso EPR, dai cognomi dei tre scienziati Einstein, Podolsky, Rosen. Einstein si oppose sempre alla natura intrinsecamente probabilistica della meccanica quantistica (“Dio non gioca a dadi con l’universo”) e ritenne la meccanica quantistica una teoria incompleta: ci dovevano essere delle variabili nascoste, non accessibili alle nostre misure, che potessero risolvere l’apparente contraddizione con la realtà e con il principio di località che era alla base della Teoria della Relatività.

Nel 1964 John Stewart Bell formulò il suo teorema da cui scaturiscono le cosiddette disuguaglianze di Bell, e provò che i risultati quantistici non possono essere replicati da alcuna teoria locale a variabili nascoste. Le prove sperimentali successive dimostrarono che la meccanica quantistica è una teoria completa, l’interpretazione di Copenhagen non prevede variabili nascoste locali e che quindi tutti i risultati sono corretti, seppur apparentemente assurdi.

A partire dagli anni ‘70 le prove sperimentali del teorema di Bell furono l’oggetto di studio prima di John Clauser, poi dagli anni ‘80 di Alain Aspect che ne migliorò i risultati e dimostrò che effettivamente in sistemi entangled avvengono quelle che Einstein definì inquietanti azioni a distanza.

Proseguendo gli studi, Anton Zeilinger dimostrò invece sperimentalmente la possibilità del teletrasporto quantistico: come abbiamo già spiegato nel corso delle nostra rubrica, ciò che viene teletrasportato in un sistema quantistico non è materia, ma il suo stato, le sue caratteristiche definite dalla funzione d’onda o dal vettore di stato. 

I fenomeni studiati da Aspect,Clauser e Zeilinger rappresentano le basi per l’informazione quantistica e la computazione quantistica e il premio loro assegnato spiega benissimo l’importanza della ricerca fondamentale, in ogni campo, anche quando tratta “ inquietanti azioni a distanza”!

Roberto Campagnola

link alla conferenza di annucio del Premio Nobel:
https://www.youtube.com/watch?v=O0sLYBeaaAM&ab_channel=NobelPrize

link al numero della nostra rubrica sull’entanglement:
https://www.redhotcyber.com/post/entanglement-e-stati-di-bell-lezione-7

link al numero della nostra rubrica sul teletrasporto:
https://www.redhotcyber.com/post/il-teletrasporto-quantistico-lezione-8/

Roberto Campagnola

Laureato in fisica delle particelle, attualmente assegnista di ricerca presso i Laboratori Nazionali di Frascati-INFN e il CERN, si occupa dell’upgrade dell’esperimento CMS – Compact Muon Solenoid per il Large Hadron Collider.