Per la fisica quantistica, la distanza non conta. Anche se due oggetti sono separati da qualche decina di centimetri, ci sarà sempre un filo invisibile che li lega gli uni agli altri. È ciò che si chiama entanglement quantistico, un concetto meglio noto con il nome di non-separabilità dei sistemi: lo stato quantico di due o più sistemi dipende dallo stato quantico di ciascun sistema anche se sono spazialmente separati.
È roba da cose microscopiche, verrebbe da pensare. E invece ci sbagliamo, perché uno studio pubblicato su Science ci dimostra che la fisica quantistica può governare anche il mondo macroscopico degli oggetti che ci circondano. Nessuno stupore, quindi, se i ricercatori sono riusciti a creare entanglement quantistico anche in due diamanti grandi quanto orecchini.
"Quello che abbiamo fatto è stato dimostrare che è possibile raggiungere una correlazione quantistica anche con oggetti comuni, sempre che i diamanti possano esser considerati tali", ironizza Ian Walmsley, fisico dell' Università di Oxford (UK), uno degli autori dello studio.
Il problema, infatti, è che i fenomeni quantistici sono fragili, nel senso che basta la minima interferenza esterna perché scompaiano. Ecco perché sino a oggi la maggior parte degli esperimenti sulla non separabilità dei sistemi è stata condotta con elementi microscopici come elettroni.
Più un oggetto è grande, infatti, più atomi contiene e più c'è il rischio che si disturbino a vicenda. Inoltre, questo tipo di studi è sempre stato condotto in laboratorio, cioè in condizioni super controllate e a temperature inferiori allo zero, l'unico modo per tenere a bada le interferenze distruttive tra atomi.
Ecco perché il nuovo studio ha del sensazionale: i ricercatori hanno creato entanglement quantistico con diamanti grandi 3 millimetri e in condizioni di temperatura ambiente. Ma come ci sono riusciti? Iniziamo col dire che i diamanti sono reticoli cristallini di atomi di carbonio. Quando vengono colpiti da un raggio laser, i cristalli iniziano a vibrare raggiungendo uno stato eccitato chiamato fonone (cioè un quanto di energia di vibrazione). I ricercatori possono sapere se un diamante contiene un fonone analizzando la luce in uscita dal diamante stesso: se il reticolo cristallino è eccitato, vuol dire che un fotone gli ha dato energia. Ne consegue che il fotone in uscita avrà meno energia di quando è entrato nel sistema.
Sfruttando questo paradigma, i ricercatori hanno colpito i due diamanti, distanti 15 centimetri, con un raggio laser, diviso in due fasci da un separatore, della durata di 10 -13 secondi. Analizzando la luce in uscita tramite un segnalatore, hanno rilevato la presenza di fotoni con energia minore rispetto a quando erano penetrati nel sistema. Ma ciò significa che hanno ceduto parte della propria energia ai reticoli cristallini generando un fonone. Ma a quale dei due diamanti? Le condizioni sperimentali non permettevano di saperlo.
"Sapevamo che da qualche parte c'era un fonone - spiega Walmsley su Scientific American - ma non potevamo dire se provenisse dal diamante di destra o da quello di sinistra".
lcun diamante ma condiviso tra i due. Per dimostrarlo, i ricercatori hanno colpito i diamanti con un secondo raggio laser. Quest'ultimo, entrando in un sistema già eccitato, gli ha rubato energia. Quindi, i fotoni in uscita rilevati dal segnalatore avevano ora più energia di quando erano entrati. Sebbene anche questa volta non fosse possibile risalire alla provenienza dei fotoni iperenergetici, i ricercatori si sono accorti che i cammini dei fotoni in uscita dai due diamanti erano strettamente legati e influenzabili. In altre parole, ciascun fotone in arrivo al segnalatore portava informazioni su entrambi i diamanti. La dimostrazione che sono quantisticamente legati. " Non possiamo essere sicuri al 100% che i due diamanti fossero in entanglement quantistico - confessa Walmsley - ma secondo i nostri calcoli statistici la correlazione appariva nel 98% dei casi, che è un ottimo risultato".
I sorprendenti risultati dell'esperimento aprono la strada a future, possibili applicazioni pratiche dei fenomeni quantistici come lo sviluppo di computer quantistici dalle inimmaginabili capacità di calcolo simultaneo. Ma è ancora presto per sognare. La correlazione quantica dei diamanti, infatti, dura appena 7 mila femtosecondi (10 -15 secondi), un tempo troppo breve per permettere applicazioni pratiche. " E' ancora presto per parlare di computer quantistici, ma in teoria non è impossibile realizzarli - conclude Walmsley su New Scientist - lo studio è un interessante punto di partenza per capire come la meccanica quantistica può emergere nel mondo della fisica classica".
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