Gli scienziati osservano l’entanglement quantistico dei fotoni in tempo reale. capire | Scienze

In un’impresa che potrebbe accelerare i progressi nella tecnologia quantistica, i ricercatori hanno osservato in tempo reale l’entanglement quantistico tra due fotoni, le particelle elementari che compongono la luce. I risultati sono stati pubblicati il ​​14 agosto sulla rivista Nature Fotonica della natura.

E un team di scienziati dell’Università di Ottawa in Canada, in collaborazione con specialisti dell’Università La Sapienza di Roma, in Italia, aveva precedentemente ottenuto un risultato molto più lungo nello stesso modo, impiegando ore o giorni.

“Questo metodo è significativamente più veloce delle tecniche precedenti, richiedendo solo minuti o secondi anziché giorni”, afferma Alessio Derico, ricercatore post-dottorato presso l’Università di Ottawa e uno dei coautori dell’articolo. nella situazione attuale.

Cos’è l’entanglement quantistico?

Questo concetto può essere paragonato alla scelta di una scarpa. Quando guardi un paio di scarpe, la natura dell’altro paio (sinistra o destra) è già nota, non importa dove si trovi quell’oggetto nell’universo. Ad esempio, quando vedi un piede di una scarpa All Star in rosso, sai già come sarà l’altro piede, anche se è perso da qualche altra parte nel negozio di scarpe da ginnastica.

La funzione d’onda, un principio fondamentale della meccanica quantistica, fornisce una comprensione completa dello stato quantistico di una particella. Ciò consente agli scienziati di prevedere i possibili risultati di varie misurazioni su un’entità quantistica: ad esempio posizione, velocità e così via. Nell’esempio della scarpa, la funzione d’onda sarebbe costituita da informazioni quali taglia, colore, ecc.

Gli stati quantistici utilizzati nell’informatica quantistica sono molto complessi e coinvolgono molte entità che possono mostrare forti correlazioni non locali (entanglement). Nonostante questa complessità, la conoscenza della funzione d’onda di un tale sistema quantistico è estremamente importante, poiché il suo potere predittivo è inestimabile, specialmente nel campo della tecnologia quantistica, dove la conoscenza dello stato quantistico generato o immesso in un computer quantistico consentirebbe di testare il computer stesso.

La conoscenza della funzione d’onda è chiamata tomografia quantitativa o tomografia quantitativa. Esistono diversi modi per farlo. Uno è la misurazione oggettiva, che è come guardare le ombre di un oggetto ad alta dimensione proiettato su pareti diverse da direzioni indipendenti. Tutto ciò che il ricercatore può vedere sono le ombre, e attraverso di esse può dedurre la forma (lo stato) dell’intero essere.

Nella tomografia computerizzata, le informazioni sugli oggetti 3D possono essere ricostruite da immagini 2D. Nell’ottica classica, invece, questo elemento 3D viene ricostruito da un ologramma digitale basato su un’unica immagine, chiamata figura di interferenza, ottenuta interferendo la luce diffusa dall’oggetto con una luce di riferimento.

Esperienza

Per ricostruire lo stato dei fotoni, gli scienziati hanno dovuto sovrapporre loro uno stato quantistico noto e quindi analizzare la distribuzione spaziale dei luoghi in cui entrambe le particelle arrivano simultaneamente. L’immagine di questo accesso simultaneo è chiamata immagine della shell.

Secondo la meccanica quantistica, la fonte dei fotoni non può essere determinata. Ciò si traduce in uno schema di interferenza che può essere utilizzato per ricostruire la funzione d’onda di queste particelle. E così, gli scienziati hanno osservato l’entanglement quantistico e fanno ancora affidamento su una fotocamera avanzata che registra eventi con precisione al nanosecondo in ogni pixel.

La ricerca ha portato a una caratterizzazione dello stato quantistico più efficiente (tre ordini di grandezza più veloce) e affidabile (con una precisione media dell’87%) rispetto agli esperimenti precedenti. Ciò potrebbe contribuire a migliorare la comunicazione quantistica e lo sviluppo di nuove tecniche di imaging quantistico.