Lavoro di ricercatori Unipa pubblicato sulla rivista “Nature Scientific Reports”

Per anni i fisici hanno dibattuto su come quantificare l’entanglement fra particelle identiche. Adesso due fisici teorici dell’Università di Palermo, Rosario Lo Franco e Giuseppe Compagno, rispettivamente del Dipartimento di Energia, Ingegneria dell’Informazione e Modelli Matematici (Deim) e del Dipartimento di Fisica e Chimica, hanno dimostrato che questo può essere fatto usando gli stessi metodi comunemente utilizzati per particelle non identiche.

L’entanglement si può classificare fra le proprietà strane della meccanica quantistica in quanto non vi corrisponde alcuna proprietà del mondo ordinario o classico. Esso contraddice in particolare l’assunzione che misure su un sistema fisico in un posto siano indipendenti da ciò che succede ad un altro sistema molto distante dal primo. Infatti, tipicamente, quando ci si pesa non ci si aspetta che il peso segnato dalla bilancia sia connesso con quello di una eventuale aliena che si pesa sulla galassia di Andromeda posta ad un milione di anni luce di distanza. A causa di questa stranezza l’entanglement è stato considerato, nella fase iniziale dello sviluppo della meccanica quantistica, per esempio da Einstein, come paradossale. Nella meccanica quantistica odierna tale prospettiva è invece completamente cambiata.

L’entanglement fra sistemi separati è stato infatti confermato sperimentalmente e adesso è considerato una proprietà essenziale sfruttabile in vari campi tecnologici tra cui i quello dei computer quantistici. Tuttavia problemi sorgono quando i sistemi in gioco sono identici. In questi casi compare un’altra caratteristica, puramente quantistica, dei sistemi ovvero il fenomeno dell’indistinguibilità. A tutt’oggi la nozione di entanglement fra particelle indistinguibili, ad esempi fra elettroni o fra particelle di luce (fotoni), non risultava pienamente compresa e quindi le sue modalità di utilizzo compromesse. Più in generale, c’era disaccordo se l’entanglement esistesse fra particelle vicine, situazione presente in molti contesti fisici. Addirittura, più in generale, una parte della comunità scientifica sosteneva che l’entanglement fra particelle identiche fosse soltanto un artefatto matematico e quindi non utilizzabile ai fini pratici.

I due fisici palermitani, in un lavoro pubblicato dalla rivista Nature Scientific Reports, danno una soluzione al problema introducendo una teoria in cui le particelle identiche sono descritte in modo completamente diverso da quello in cui lo sono dalla meccanica quantistica ordinaria. I risultati presentati forniscono il supporto teorico a recentissimi esperimenti sull’entanglement di particelle identiche apparsi sulla rivista Nature (vedi: Nature 527, 208 -2015-).

Questo lavoro, come riporta la rivista phys.org in un commento dal titolo L’entanglement fra le particelle non segue le regole dei libri di testo, apre una nuova strada per investigare l’impatto dell’indistinguibilità sul grado di entanglement.

Inoltre la rivista Physics World, in un articolo di commento sul lavoro di Lo Franco e Compagno che figura tra gli highlight subito dopo quello relativo alla scoperta delle onde gravitazionali, riporta che questa ricerca «aiuta gli scienziati ad attingere alla grande riserva di entanglement contenuto nelle particelle identiche per l’utilizzo in applicazioni quali il teletrasporto, la metrologia quantistica e la crittografia quantistica». La ricerca palermitana dimostra che l’entanglement può quindi esse considerato come carburante per molte delle tecnologie di informazione quantistica.

La ricerca dei due fisici del nostro Ateneo ha già ricevuto risonanza internazionale, trovandosi nel top 5 per cento di visibilità online tra gli articoli della stessa età tracciati da Altmetric Score in tutti i giornali scientifici (http://www.altmetric.com/details/5114614).

Per i commenti divulgativi sopracitati si rimanda a: Physics World, Phys.org.

La pubblicazione originale è consultabile in open access: Rosario Lo Franco and Giuseppe Compagno, Nature Scientific Reports 6, 20603 (2016). doi: 10.1038/srep20603.