I fisici hanno trovato un modo radicalmente nuovo per intrecciare luce e suono

Entanglement quantistico tra particelle: la nuova frontiera della fisica

L’entanglement quantistico delle particelle è oggi una realtà consolidata nella fisica moderna. Questo fenomeno straordinario si verifica quando due o più particelle non misurate vengono correlate in modo tale che le loro proprietà si intrecciano, tanto da influenzarsi reciprocamente. Se misuriamo una particella, le proprietà corrispondenti dell’altra si definiscono istantaneamente, anche a grandi distanze. Tuttavia, un recente studio ha proposto una nuova e audace evoluzione di questo processo, entangledando particelle di natura completamente diversa: un fotone, unità di luce, e un fonone, equivalente quantistico di un’onda sonora.

L’entanglement optoacustico: una nuova era della fisica quantistica

Il team di ricercatori formato da Changlong Zhu, Claudiu Genes e Birgit Stiller dell’Istituto Max Planck per la Scienza della Luce in Germania ha proposto il concetto di “entanglement optoacustico”. Questo approccio innovativo unisce due particelle fondamentali molto diverse tra loro, creando un sistema ibrido che potrebbe rappresentare una vera e propria rivoluzione nella fisica quantistica.

Grazie a questa nuova forma di entanglement, infatti, le particelle risultano particolarmente resistenti al rumore esterno, uno degli ostacoli principali nell’avanzamento della tecnologia quantistica. Ciò apre la strada alla creazione di dispositivi quantistici più robusti e stabili.

L’entanglement quantistico è noto per le sue applicazioni promettenti, in particolare nelle comunicazioni quantistiche ad alta velocità e nel calcolo quantistico. Le particelle isolate e intrecciate, infatti, mostrano proprietà uniche che le rendono ideali per una vasta gamma di utilizzi, tra cui la crittografia e lo sviluppo di algoritmi ad alte prestazioni. Tuttavia, la delicatezza dello stato quantistico necessario per questi processi rende difficile applicare l’entanglement in scenari reali, poiché l’interferenza del rumore ambientale può compromettere la sua integrità.

Un entanglement che resiste al rumore

Gli scienziati stanno lavorando attivamente per superare questo problema, esplorando varie soluzioni. Un percorso promettente consiste nell’aumentare la dimensionalità del sistema, riducendo così l’effetto del rumore che degrada lo stato quantistico. Inoltre, l’entanglement di un numero maggiore di particelle potrebbe rafforzare ulteriormente la stabilità del sistema. È probabile che la soluzione ottimale derivi dall’utilizzo combinato di più di una strategia, il che rende cruciale continuare a esplorare diverse possibilità.

Nel caso della ricerca condotta da Zhu e colleghi, l’idea innovativa consiste nell’abbinare i fotoni non ad altri fotoni, ma a fononi, ossia onde sonore di natura quantistica. Questo rappresenta una sfida significativa, in quanto fotoni e fononi viaggiano a velocità diverse e possiedono livelli energetici differenti. Per riuscire nell’intento, i ricercatori hanno utilizzato il fenomeno della scattering di Brillouin, un processo in cui la luce viene dispersa da onde di suono generate termicamente nelle vibrazioni tra gli atomi di un materiale.

Il sistema proposto dai ricercatori prevede l’utilizzo di una guida d’onda solida e attiva al Brillouin, nella quale vengono inviati impulsi di luce laser e onde acustiche. L’interazione tra i fotoni e i fononi in questo sistema può generare entanglement tra particelle con energie molto diverse, grazie alla differenza di velocità di propagazione.

Potenziale applicativo e vantaggi rispetto ai metodi tradizionali

Uno degli aspetti più affascinanti di questa ricerca è che l’entanglement optoacustico potrebbe essere realizzato a temperature più elevate rispetto ai metodi tradizionali, che richiedono ambienti criogenici estremi. Ciò potrebbe ridurre significativamente la necessità di apparecchiature costose e specializzate, aprendo la strada a tecnologie più accessibili e praticabili.

Sebbene la ricerca necessiti di ulteriori esperimentazioni, i risultati ottenuti finora sono promettenti. Come affermano gli autori dello studio, la capacità di operare su una vasta banda di frequenza ottica e acustica introduce nuove prospettive per l’entanglement con modalità continuum, offrendo potenziale applicativo in ambiti come il calcolo quantistico, la memorizzazione quantistica, la metrologia quantistica, la teleportazione quantistica, le comunicazioni quantistiche assistite dall’entanglement e l’esplorazione della frontiera tra i mondi classico e quantistico.

La ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters e rappresenta un passo significativo verso l’evoluzione delle tecnologie quantistiche.