- Cosa significa esistere in 37 dimensioni?
- Perché questi fotoni sfidano la fisica classica?
- E cosa cambia per il futuro del calcolo quantistico?
Scoperta una particella di luce che esiste in 37 dimensioni
Un team internazionale di ricercatori ha creato fotoni quantistici che per essere descritti richiedono 37 dimensioni, un risultato che rafforza l’idea che la fisica quantistica sia molto più complessa e controintuitiva di quanto immaginato finora.
Mentre l’esperienza quotidiana si muove in tre dimensioni spaziali più il tempo, questi fotoni esistono in uno spazio matematico estremamente più ampio. Un’anomalia che sorprende anche gli esperti di meccanica quantistica e apre nuove prospettive nella ricerca sulle correlazioni quantistiche non classiche.
Secondo Zheng-Hao Liu, fisico della Università Tecnica di Danimarca e coautore dello studio pubblicato su Science Advances, l’esperimento dimostra che «la fisica quantistica è ancora più non classica di quanto pensassimo» e che, a oltre cento anni dalla sua nascita, potremmo osservare solo «la punta dell’iceberg».
Cosa significa che un fotone esiste in 37 dimensioni?
Dire che un fotone esiste in 37 dimensioni non significa che si muova fisicamente in uno spazio multidimensionale visibile. Si tratta invece di dimensioni quantistiche, ovvero del numero di parametri necessari per descrivere completamente lo stato della particella.
In fisica quantistica ad alta dimensionalità, più dimensioni equivalgono a un numero maggiore di informazioni codificabili. Questo rende i fotoni strumenti ideali per applicazioni avanzate come comunicazione quantistica, crittografia quantistica e calcolo quantistico.
Come funziona la paradossale logica quantistica GHZ?
Per ottenere questo risultato, i ricercatori hanno lavorato su una versione semplificata della paradosso di Greenberger-Horne-Zeilinger (GHZ), formulato nel 1989 e rimasto per decenni uno dei nodi teorici più complessi della fisica.
Il paradosso GHZ dimostra che, assumendo un comportamento classico delle particelle, si arriva a contraddizioni matematiche evidenti, come equazioni in cui 1 è uguale a -1. Queste impossibilità logiche confermano che il mondo quantistico non può essere spiegato con le regole della fisica classica.
Che cos’è un “contesto” in meccanica quantistica?
Nel linguaggio della meccanica quantistica, un contesto è l’insieme delle misurazioni che devono essere effettuate simultaneamente per determinare le proprietà di un sistema.
Meno contesti sono necessari per osservare una contraddizione GHZ, più forte è la prova del comportamento non classico delle particelle. Il team è riuscito a costruire una struttura sperimentale con un numero minimo di contesti, rafforzando in modo significativo l’evidenza sperimentale.
Quale tecnologia è stata utilizzata per creare i fotoni multidimensionali?
L’esperimento ha richiesto una procedura altamente sofisticata. I ricercatori hanno utilizzato luce coerente, caratterizzata da colore e lunghezza d’onda uniformi, per generare e controllare i fotoni.
Un processore fotonico specializzato ha permesso di riprodurre tutte le probabilità di misurazione ad alta dimensionalità previste dalla paradosso GHZ. Il risultato, secondo Liu, rappresenta «gli effetti più non classici mai osservati nel mondo quantistico».
Perché questa scoperta è importante per il calcolo quantistico?
Le implicazioni vanno oltre la teoria. Più un sistema quantistico è strano, non classico e ad alta dimensionalità, maggiore è il numero di operazioni che può eseguire in parallelo.
Questo principio è alla base dei computer quantistici, macchine in grado di risolvere problemi che richiederebbero milioni di anni ai computer tradizionali. I risultati ottenuti potrebbero contribuire allo sviluppo di vantaggi quantistici più potenti, accelerando il progresso della computazione quantistica.
Cosa significa davvero “non classico” in fisica?
Nella fisica classica, gli oggetti possiedono proprietà ben definite indipendentemente dall’osservazione. Una palla ha una posizione e una velocità precise, che l’osservatore si limita a misurare.
Nel mondo quantistico, invece, le proprietà non esistono finché non vengono misurate. È questo comportamento che portò Albert Einstein a parlare di “azione spettrale a distanza”, riferendosi all’entanglement quantistico, in cui la misurazione di una particella influenza istantaneamente un’altra, anche se separata da grandi distanze.
Quali prospettive apre questa ricerca sulla fisica quantistica?
Secondo gli autori, il lavoro evidenzia un legame profondo tra le correlazioni quantistiche più esotiche e strutture matematiche altamente simmetriche, come i grafi utilizzati nell’esperimento.
La speranza è che questo approccio consenta di individuare nuove forme di correlazioni quantistiche forti e di sfruttarle per costruire sistemi quantistici sempre più avanzati, in particolare nei sistemi ad alta dimensionalità. Un passo ulteriore verso la comprensione di un universo quantistico che continua a sfidare l’intuizione umana.