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Nuovo record per l'entanglement quantistico

Fonte: Le Scienze

17 novembre 2016

Nuovo record per l'entanglement quantistico

Un esperimento ha dimostrato per la prima volta

la correlazione quantistica a distanza tra dieci fotoni.

Il risultato, ottenuto con una tecnica sperimentale

innovativa, apre la strada ad applicazioni

nell'informazione quantistica e nel teletrasporto,

ma ancora non basta a rendere competitivi i

computer quantisticidi Matteo Serra

fisicacomputer sciencefisica teorica

Un gruppo di ricercatori coordinati da Xi-Lin Wang,

dell'University of Science and Technology of China

di Hefei, ha dimostrato per la prima volta

l'entanglement quantistico tra dieci fotoni,

migliorando il primato precedente: finora

l'entanglement era stato ottenuto al massimo

tra otto fotoni.

I risultati dell'esperimento sono stati pubblicati

su "Physical Review Letters".

L'entanglement, uno dei fenomeni più affascinanti

e controversi della meccanica quantistica, è una

correlazione che lega particelle a distanza:

quando due particelle sono entangled, una misura

dello stato quantistico dell'una influenza anche

lo stato dell'altra (e viceversa), qualunque sia la

distanza tra le due.

Le possibili applicazioni dell'entanglement sono

molteplici, dalla crittografia al teletrasporto fino

ai computer quantistici (gli elaboratori del futuro

basati sui principi della meccanica quantistica, in

grado di sviluppare una potenza di calcolo

estremamente superiore ai computer classici).

Tuttavia, gli esperimenti che puntano a ottenere 

l'entanglement tra più particelle presentano

ancora importanti limitazioni.

In particolare, l'efficienza dei processi che

producono particelle entangled, e di conseguenza

la quantità stessa di particelle create, è ancora

piuttosto bassa.

Apparato sperimentale per la produzione di

fotoni entangled (Wikimedia Commons)La maggior

parte degli esperimenti di entanglement quantistico

usa fotoni (i quanti di luce).

In questi esperimenti, tipicamente si sfruttano le

proprietà di particolari cristalli, come quelli di borato

di bario: illuminati da un laser, i cristalli convertono

una piccola frazione di fotoni incidenti in una coppia

di fotoni entangled. 

Questi vengono raccolti e messi a loro volta in

entanglement con coppie di fotoni prodotte da altri

cristalli. I fotoni in uscita dai cristalli, però, sono

emessi in direzioni diverse e con polarizzazioni opposte

(la polarizzazione è la direzione di oscillazione del

campo elettromagnetico associato ai fotoni): è questo

fattore che rende l'efficienza di raccolta dei fotoni

abbastanza bassa (attorno al 40 per cento) e limita

il numero totale di fotoni entangled prodotti.

Per migliorare l'efficienza, Wang e colleghi hanno

avuto l'idea di produrre ciascuna coppia di fotoni

entangled tramite un sistema di due cristalli molto

vicini tra loro, separati da un dispositivo ottico in

grado di modificare la polarizzazione dei fotoni prodotti.

Questa configurazione a "sandwich" genera

coppie di fotoni che viaggiano nella stessa direzione

e con la stessa polarizzazione, aumentando

notevolmente l'efficienza di produzione (fino al 70

per cento). Per creare l'entanglement a dieci fotoni,

i ricercatori hanno disposto in fila cinque di queste

strutture a sandwich, illuminandole con un laser a

0,57 watt di potenza e raccogliendo i fotoni prodotti

tramite un altro strumento ottico.

Il risultato ottenuto dai ricercatori cinesi rappresenta

un importante passo avanti soprattutto per le

possibili applicazioni nel settore dell'informazione

quantistica (per esempio nell'elaborazione di codici

per la correzione degli errori casuali nei computer

quantistici) e negli esperimenti sul teletrasporto,

mentre non è ancora sufficiente a rendere i computer

quantistici competitivi con quelli classici.