E N T A N G L E M E N T
Il fenomeno che ha vinto il Premio Nobel per la Fisica quest’anno – l’Entanglement – è certamente oscuro e misterioso ai più. Ma è anche al cuore di quella branca della Fisica nota come “Meccanica Quantistica”, che descrive il mondo microscopico e che desta molto interesse per le applicazioni, a partire dalla crittografia e dai computer “quantistici”, appunto.
Che cos’é l’Entanglement? Prima di tutto, va detto che definire l’Entamglement senza il linguaggio della matematica è difficile. Questa è la bellezza della matematica: a volte con due righe si è in grado di spiegare concetti complessi che il linguaggio parlato fa fatica a descrivere.
L’Entanglement va oggi interpretato come una quantità fisica, come può essere il tempo o l’energia. Va interpretato come una risorsa che può essere utile in applicazioni pratiche. Quando parliamo di “Entanglement Quantistico” possiamo chiamarlo con un sinonimo che è “Correlazione Quantistica”. L’Entanglement è infatti una correlazione più forte di qualsiasi correlazione classica (cioè descritta dalla Fisica Classica).
La Fisica Quantistica ammette l’esistenza di oggetti che sono fortemente correlati. Per esempio, immaginiamo due amici, Tizio e Caio, ognuno dei quali abbia una moneta. Quando Tizio lancia la sua moneta, avrà il 50% di probabilità di ottenere testa e il 50% di probabilità di ottenere croce. La stessa cosa accade a Caio. Quando entrambi, Tizio e Caio, lanciano le loro monete abbiamo quindi una delle quattro configurazioni possibili, ognuna con il 25% di probabilità: testa e testa, testa e croce, croce e testa, croce e croce.. È importante notare che il risultato del lancio di Tizio non dipende da quello di Caio e viceversa. Fino a qui tutto è ovvio.
Ora immaginiamo due monete speciali, monete che esistono solo nel mondo della Fisica Quantistica. Chiamiamole monete quantistiche. Queste hanno una proprietà difficile da intuire. Immaginiamo che Tizio lanci la sua e ottenga testa con il 50% do probabilità. Le due monete quantistiche sono speciali perché, in questo caso, anche Caio otterrebbe testa quando lancia la sua. Garantito con il 100% di probabilità.
Stessa cosa nel caso in cui Tizio ottenesse croce. Quindi per le monete quantistiche di Tizio e Caio si possono verificare solo due configurazioni, ovvero testa e testa oppure croce e croce. Le due rimanenti configurazioni, testa e croce e croce e testa sono escluse.
Le monete quantistiche appena descritte non sono un prodotto della nostra fantasia, ma possono essere costruite nel mondo fisico, per esempio, attraverso due fotoni, i componenti fondamentali della luce. O attraverso atomi, i componenti fondamentali della materia. Testa e croce possono essere codificate nelle proprietà di un fotone o di un atomo. Sbalorditivo.
A che cosa serve tutto questo? Con la correlazione quantistica si può fare una valanga di cose interessanti. C’é un esempio molto noto: condividere chiavi crittografiche o, in altre parole, condividere password. Attraverso correlazioni quantistiche, Tizio e Caio possono generare e condividere password praticamente impossibili da indovinare.
Ma Tizio e Caio possono anche scambiarsi messaggi più veloci della luce? La risposta è “no”. Semplicemente perché non possono decidere il risultato del lancio della moneta quantistica, in quanto testa o croce si verificano comunque con il 50% di probabilità.
Che cosa sono i computer quantistici e che ruolo ha l’Entanglemaent nel loro funzionamento?
Un computer quantistico è una macchina che processa informazioni codificate in oggetti fisici, il cui comportamento è governato dalla Fisica Quantistica. I computer quantistici promettono, in teoria, di risolvere alcuni problemi computazionali in maniera più veloce di ogni altro tipo di computer costruibile secondo la fisica che conosciamo oggi. È presumibile che le correlazioni quantistiche abbiano un ruolo nel suo comportamento, ma ad oggi non è ben chiaro quale esso sia.
Con l’Entanglement è stato realizzato anche il teletrasporto quantistico. Di che si tratta? Il teletrasporto quantistico è una procedura che usa correlazioni quantistiche e un canale di comunicazione tradizionale, come il telefono, per esempio, per trasmettere da un posto all’altro la descrizione di un oggetto quantistico, per poi poterlo costruire in maniera identica. È molto probabile che il teletrasporto quantistico un giorno avrà un ruolo chiave per far parlare tra loro computer quantistici. Quello che verrà chiamato “internet quantistico”, ovvero una rete di calcolatori quantistici connessi tra loro, utilizzerà proprio il teletrasporto quantistico come metodo principale per trasferire informazione.