Un team di ricercatori dello Structured Light Laboratory di… Università del WitwatersrandIl Sudafrica ha compiuto progressi significativi per quanto riguarda l’entanglement quantistico.
Guidato dal professor Andrew Forbes, in collaborazione con il famoso scienziato delle corde Robert de Mello Koch, che ora è al Università di Huzhou In Cina, il team ha dimostrato con successo un nuovo modo per manipolare le particelle quantistiche entangled senza modificare le loro proprietà intrinseche.
Questa impresa rappresenta un enorme passo avanti nella nostra comprensione e applicazione dell’entanglement quantistico.
Topologia nell'entanglement quantistico
“Abbiamo ottenuto questo risultato intrecciando due fotoni identici e assegnando loro una funzione d'onda comune”, spiega Pedro Ornelas, studente del master e autore principale dello studio. “Questo processo rende chiara la loro struttura collettiva, o topologia, solo quando sono considerati come un singola entità.”
Questo esperimento ruota attorno al concetto di entanglement quantistico, che viene definito “azione spettrale a distanza”, in cui le particelle si influenzano a vicenda, anche quando separate da grandi distanze.
La topologia gioca un ruolo cruciale in questo contesto. Garantisce che determinate proprietà siano preservate, proprio come una tazza di caffè e una ciambella sono topologicamente equivalenti a causa del loro unico foro immutabile.
“I nostri fotoni entangled sono simili”, spiega il professor Forbes. “Il loro intreccio è flessibile, ma alcune proprietà rimangono costanti”.
Lo studio esamina specificamente la topologia di Skyrmion, un concetto introdotto da Tony Skyrmion negli anni '80. In questo scenario, la topologia si riferisce a una proprietà generale che rimane invariata, come la trama di un tessuto, indipendentemente da come viene trattato.
Applicazioni dell'entanglement quantistico
Gli Skyrmion, inizialmente studiati nei materiali magnetici, nei cristalli liquidi e nelle loro controparti ottiche, sono stati elogiati nella fisica della materia condensata per la loro stabilità e il potenziale nella tecnologia di archiviazione dei dati.
“Il nostro obiettivo è ottenere effetti trasformativi simili con i nostri skyrmion quantistici entangled”, aggiunge Forbes. A differenza della ricerca precedente che limitava la posizione degli Skyrmion a un singolo punto, questo studio presenta un cambiamento di paradigma.
Come dice Ornelas: “Ora comprendiamo che la topologia, tradizionalmente vista come locale, può in realtà essere non locale, condivisa tra entità spazialmente separate”.
Di conseguenza, il team propone di utilizzare la topologia come sistema di classificazione per gli stati entangled. Il dottor Ishaq Naib, un co-ricercatore, paragona questo a un alfabeto di stati aggrovigliati.
“Proprio come distinguiamo i campi e le ciambelle in base ai loro buchi, i nostri skyrmion quantistici possono essere classificati in base alle loro caratteristiche topologiche”, spiega.
Idee chiave e ricerca futura
Questa scoperta apre le porte a nuovi protocolli di comunicazione quantistica, che utilizzano la topologia come mezzo per elaborare le informazioni quantistiche.
Tali protocolli potrebbero rivoluzionare il modo in cui le informazioni vengono codificate e trasmesse nei sistemi quantistici, soprattutto negli scenari in cui i metodi di crittografia tradizionali falliscono a causa del minimo entanglement.
La conclusione è che l’importanza di questa ricerca risiede nella possibilità di applicarla sul campo. Per decenni, mantenere gli Stati interconnessi è stata una sfida importante.
I risultati del team suggeriscono che la topologia può rimanere intatta anche quando l'entanglement decade, fornendo un nuovo meccanismo di crittografia per i sistemi quantistici.
Il professor Forbes conclude con una dichiarazione lungimirante, affermando: “Siamo ora pronti a definire nuovi protocolli ed esplorare l’ampio panorama degli stati quantistici non locali, che potrebbero rivoluzionare il modo in cui affrontiamo le comunicazioni quantistiche e l’elaborazione delle informazioni”.
Maggiori informazioni sull'entanglement quantistico
Come discusso in precedenza, l’entanglement quantistico è un fenomeno affascinante e complesso nel mondo della fisica quantistica.
È un processo fisico in cui coppie o gruppi di particelle creano, interagiscono o condividono prossimità spaziale in modi tali che lo stato quantistico di ciascuna particella non può essere descritto indipendentemente dallo stato delle altre particelle, anche quando le particelle sono separate da un grande distanza. .
Scoperta e contesto storico
L'entanglement quantistico fu teorizzato per la prima volta nel 1935 da Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen. Hanno proposto il paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (EPR), sfidando la completezza della meccanica quantistica.
Einstein si riferiva notoriamente all’entanglement come a “un’azione spettrale a distanza”, esprimendo disagio per l’idea che le particelle potessero influenzarsi a vicenda istantaneamente su grandi distanze.
Principi dell'entanglement quantistico
Al centro dell’entanglement quantistico c’è il concetto di sovrapposizione. Nella meccanica quantistica, particelle come elettroni e fotoni esistono in uno stato di sovrapposizione, il che significa che possono trovarsi in più stati contemporaneamente.
Quando due particelle sono intrecciate, sono correlate in modo tale che lo stato di una (che sia rotazione, posizione, quantità di moto o polarizzazione) è immediatamente correlato allo stato dell'altra, non importa quanto siano distanti.
L'entanglement quantistico nell'informatica e nelle comunicazioni
L’entanglement quantistico sfida le nozioni classiche delle leggi fisiche. Ciò indica che le informazioni possono essere trasmesse più velocemente della velocità della luce, il che contraddice la teoria della relatività di Einstein.
Tuttavia, ciò non significa che le informazioni utilizzabili vengano trasferite immediatamente, il che violerebbe la causalità; Piuttosto, implica un’interconnessione profondamente radicata a livello quantistico.
Una delle applicazioni più interessanti dell’entanglement quantistico è nel campo dell’informatica quantistica. I computer quantistici utilizzano stati entangled per eseguire calcoli complessi a velocità che non possono essere raggiunte dai computer classici.
Nelle comunicazioni quantistiche, l’entanglement è la chiave per sviluppare sistemi di comunicazione altamente sicuri, come la crittografia quantistica e la distribuzione delle chiavi quantistiche, che sono teoricamente immuni agli hacker.
Validazione empirica e ricerca attuale
Fin dal suo inizio teorico, l’entanglement quantistico è stato dimostrato sperimentalmente più volte, sottolineandone la natura strana e controintuitiva.
I più famosi sono gli esperimenti del test di Bell, che fornirono importanti prove contro le teorie locali delle variabili nascoste e a favore della meccanica quantistica.
In breve, l’entanglement quantistico, la pietra angolare della meccanica quantistica, rimane oggetto di intense ricerche e dibattiti. La sua natura sconcertante mette alla prova la nostra comprensione del mondo fisico e apre la strada a sviluppi tecnologici potenzialmente rivoluzionari.
Con il progredire della ricerca, potremmo trovare applicazioni più pratiche per questo strano fenomeno, svelando più segreti dell’universo quantistico.
Lo studio completo è stato pubblicato sulla rivista Fotonica della natura.
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