I fisici scoprono il segreto del controllo remoto quantistico

Il teletrasporto è uno dei fenomeni più straordinari del mondo quantistico. Consente a un oggetto quantistico, come un fotone o un elettrone, di viaggiare da un luogo all'altro senza passare attraverso lo spazio intermedio.

Il teletrasporto è una procedura standard in qualsiasi laboratorio di meccanica quantistica decente. I fisici lo usano quotidianamente per la comunicazione quantistica e il calcolo quantistico.

Se suona esotico, non hai ancora visto niente; il teletrasporto sta per diventare molto più strano. Questo perché fino ad ora i fisici sono stati in grado di teletrasportare solo singole particelle, una alla volta. Oggi, Christine Muschik al Mediterranean Technology Park di Barcellona e un gruppo di amici affermano di aver capito come teletrasportare continuamente cose quantistiche.

Ciò consentirà loro di manipolare una particella quantistica mentre osservano gli effetti che si verificano in un'altra particella altrove. Questo è essenzialmente un telecomando quantistico.

La configurazione di base è una semplice estensione del teletrasporto tradizionale. Ciò è possibile a causa di uno strano fenomeno quantistico noto come entanglement, che si verifica quando due particelle quantistiche sono così profondamente legate da condividere la stessa esistenza.

In termini matematici, entrambe le particelle sono descritte da una singola funzione d'onda. Quindi qualsiasi manipolazione di una particella influenza automaticamente l'altra istantaneamente, indipendentemente dalla distanza tra loro.

Il teletrasporto si verifica quando la prima di queste particelle entangled interagisce con un'altra particella quantistica, chiamiamola X. Questa interazione influenza immediatamente lo stato della seconda particella entangled.

Il trucco che i fisici hanno perfezionato è organizzare questa interazione in modo che la seconda particella entangled finisca nello stesso stato della particella quantistica chiamata X. Questo non è solo uno stato molto simile, è uno stato identico: nessuna misurazione potrebbe distinguere questa particella dall'originale X. Quando ciò accade, X è stato teletrasportato.

La nuova tecnica funziona in modo simile. Innanzitutto, i fisici creano una coppia di particelle entangled. Quindi posizionano una particella in un campo magnetico variabile per influenzarne lo stato.

Il nuovo trucco che hanno scoperto è organizzare questo esperimento in modo che la manipolazione della prima particella faccia cambiare allo stesso modo lo stato del suo partner entangled.

In altre parole, usano il campo magnetico in una regione dello spazio per controllare continuamente lo stato di una particella da qualche altra parte nello spazio. O come Muschick e co.: Mostriamo come la capacità di eseguire operazioni quantistiche in modo continuo e deterministico può essere sfruttata per indurre dinamiche non locali tra due parti separate.

La nuova tecnica si basa su un sottile trucco. I fisici sanno da tempo che l'entanglement è una cosa fragile: una misurazione su una delle coppie distrugge il legame tra di loro, motivo per cui i fisici sono stati in grado di teletrasportare solo singole particelle, una alla volta.

In effetti, questo è un problema generale nel mondo quantistico: starnutisci e distruggi la natura quantistica del sistema che stai studiando.

Negli ultimi anni, tuttavia, i fisici hanno scoperto come manipolare gli oggetti quantistici senza distruggerne la natura quantistica. Il trucco è spingerli molto delicatamente. Fare questo continuamente produce alla fine un cambiamento significativo preservando le caratteristiche quantistiche del sistema.

La svolta che Muschik e co hanno fatto è capire come eseguire lo stesso tipo di delicate spinte su un sistema entangled, qualcosa che porta immediatamente al controllo quantistico.

Questo è uno sviluppo interessante e potenzialmente importante con un avvertimento: il nuovo lavoro è interamente teorico. Tuttavia, non sembra esserci alcun motivo per cui il controllo remoto quantistico non possa essere tentato in un laboratorio di ottica quantistica decente in questo momento. In effetti, vari membri di questo team hanno accesso esattamente al tipo di strutture che potrebbero essere utilizzate per testare l'idea.

È difficile credere che questi ragazzi non abbiano passato alcune ore a giocherellare con specchi e panni per lenti nel tentativo di far funzionare tutto questo. Quindi forse possiamo essere ragionevolmente ottimisti nel vedere la verifica sperimentale prima piuttosto che dopo.

Una domanda più interessante è quale potrebbe essere l'uso del telecomando quantistico. La capacità di controllare lo stato degli oggetti quantistici a distanza dovrebbe avere enormi applicazioni. Forse i lettori di questo blog potrebbero voler suggerirne alcuni nella sezione commenti qui sotto.

Rif: arxiv.org/abs/1304.0319 : Teletrasporto quantistico di dinamiche e interazioni efficaci tra sistemi remoti

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