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L'effetto Quantum Zeno consente il passaggio 'senza interazione'
L'effetto zeno quantistico è una delle conseguenze più strane e affascinanti della meccanica quantistica. Offre un modo sorprendente e controintuitivo di controllare i sistemi quantistici che cambiano da uno stato all'altro.
Sembra utile, ma la capacità di sfruttare l'effetto zeno quantistico è finora sfuggita ai fisici. Ora Yu-Ping Huang e compagni della Northwestern University di Evanston, nell'Illinois, affermano di aver capito come utilizzare l'effetto zeno quantistico per creare un interruttore senza interazione.
Prima un po 'di più sull'effetto stesso. Immagina un fotone nello stato 0 che ha una certa probabilità di decadere nello stato 1. Ora esegui una serie di misurazioni periodiche sul fotone. Tra le misurazioni, il fotone evolve in uno stato di sovrapposizione 0 e 1 e una misurazione lo farà collassare nell'uno o nell'altro di questi.
Tuttavia, se il tempo tra le misurazioni è piccolo, le probabilità che collassi per formare un 1 sono inferiori alle possibilità che diventi uno 0. E se le misurazioni periodiche vengono effettuate abbastanza rapidamente, la probabilità che una misurazione produca un 1 tende a a zero.
In effetti, il processo di misurazione ripetuta impedisce il decadimento del fotone da 0 a 1. Questo è l'effetto zeno quantistico, a volte chiamato anche effetto 'potrebbe non bollire mai'.
Ora Huang e co hanno escogitato uno schema che sfrutta questo effetto per creare un interruttore. L'idea di base è prendere un'onda di segnale nello stato 0 che decadrà o evolverà in un 1 quando la passa attraverso una guida d'onda non lineare.
Tuttavia, Huang e compagni sottolineano che misurare l'onda impedirà questa evoluzione. Dicono che possono eseguire questa misurazione facendo interagire l'onda del segnale con un'altra onda di controllo.
Quindi la presenza dell'onda di controllo mantiene l'onda del segnale in uno stato 0 mentre l'assenza delle onde di controllo fa sì che l'onda del segnale passi a 1. E questo è tutto: un interruttore tutto ottico che è privo di interazione perché è l'assenza dell'onda di controllo che provoca l'interruttore.
Il potenziale di questo dispositivo è interessante perché offre una serie di importanti vantaggi rispetto ai tradizionali interruttori completamente ottici. Innanzitutto, questo tipo di interruttore dovrebbe funzionare a una potenza estremamente bassa poiché non vi è alcuna perdita di segnale associata al processo di commutazione. Ciò è in netto contrasto con altri tipi di commutazione in cui le perdite ottiche sono un'importante limitazione delle prestazioni di commutazione.
In secondo luogo, viene preservato lo stato quantistico dell'onda del segnale. Questo è un grosso problema. Se questo tipo di switch funziona nella pratica, potrebbe diventare il cuore dei router quantistici che renderanno possibile una sorta di Internet quantistico.
Tuttavia, sono ancora i primi giorni. Huang e co hanno finora studiato le proprietà del loro dispositivo solo teoricamente e altri sono alle calcagna e forse davanti a loro.
Quello che è certo è che probabilmente sentiremo molto di più sugli interruttori zeno. Il lavoro di questa squadra è finanziato da un progetto chiamato il programma Zeno-Based Optoelectronics istituito dalla Defense Advanced Projects Agency. Questo documento è uno dei primi a uscire con quel programma. I dispositivi reali non dovrebbero essere molto indietro.
Rif: arxiv.org/abs/1008.2408 : Commutazione completamente ottica senza interazione tramite effetto Quantum-Zeno