lunedì 25 giugno 2018

Entanglement stabilizzato di massicci oscillatori meccanici

L'elusivo fenomeno della meccanica quantistica chiamato entanglement è ora diventato realtà in oggetti di dimensioni quasi macroscopiche. I risultati pubblicati su Nature mostrano come due teste di tamburi vibranti, la larghezza di un capello umano, possono mostrare l'azione spettrale.

Nel 1935, Einstein osservò che la meccanica quantistica, la teoria fondamentale della natura sviluppata di recente, implica l'esistenza di una "azione spettrale a distanza", che divenne presto nota come "entanglement". Permette agli oggetti di influenzarsi a vicenda su distanze arbitrarie senza alcuna interazione diretta. Il fenomeno sfida la fisica classica e la nostra comprensione del senso comune della realtà.
Oggigiorno, l'entanglement è considerato una pietra angolare della meccanica quantistica ed è stato precedentemente confermato in esperimenti con sistemi microscopici come la luce o gli atomi. L'entanglement è anche la risorsa chiave per una serie di tecnologie quantistiche potenzialmente trasformative, come il calcolo quantistico e la trasmissione di informazioni, nei decenni a venire.
L'entanglement quantico è, tuttavia, estremamente fragile e sparirà se le particelle entangled interagiscono con l'ambiente circostante, ad esempio attraverso disturbi termici. Per lungo tempo è stato considerato insensato che l'intreccio potesse verificarsi tra oggetti più grandi degli atomi o delle molecole.
Un gruppo guidato dal professor Mika Sillanpää presso il dipartimento di fisica applicata dell'Università di Aalto ha ora dimostrato il contrario. I loro risultati sono stati pubblicati su Nature, la rivista scientifica più stimata al mondo.
Nelle loro misurazioni di laboratorio, i ricercatori sono riusciti a portare due oggetti distinti e in movimento, quasi visibili ad occhio nudo, in uno stato quantico aggrovigliato in cui si sentono l'un l'altro attraverso "l'azione spettrale" con la quale Einstein era notoriamente a disagio. Gli oggetti negli esperimenti erano due teste di tamburi vibranti fabbricate da alluminio metallico su un chip di silicio. Le teste di tamburo sono veramente massicce e macroscopiche rispetto alla scala atomica: il loro diametro è simile alla larghezza di un capello umano.
"I corpi vibranti sono fatti per interagire tramite un circuito a microonde superconduttore. I campi elettromagnetici nel circuito portano via qualsiasi disturbo termico, lasciandosi alle spalle solo le vibrazioni meccaniche quantistiche ", afferma il professor Sillanpää, descrivendo l'impostazione sperimentale.
Eliminare tutte le forme di rumore esterno è fondamentale per gli esperimenti, motivo per cui devono essere condotte a temperature estremamente basse vicino allo zero assoluto, a -273 ° C. Sorprendentemente, l'approccio sperimentale consente di mantenere l'insolito stato di entanglement per lunghi periodi di tempo, in questo caso fino a mezz'ora. In confronto, le misurazioni su particelle elementari hanno visto l'entanglement a durare solo piccole frazioni di secondo.
"Queste misurazioni sono impegnative ma estremamente affascinanti. In futuro, tenteremo di teletrasportare le vibrazioni meccaniche. Nel teletrasporto quantico, le proprietà dei corpi fisici possono essere trasmesse attraverso distanze arbitrarie usando il canale di "azione spettrale a distanza". Siamo ancora piuttosto lontani da Star Trek, tuttavia, "afferma il Dr. Caspar Ockeloen-Korppi , l'autore principale del lavoro, che ha anche eseguito le misurazioni.
I risultati dimostrano che è ora possibile avere il controllo sulle proprietà più delicate di oggetti le cui dimensioni si avvicinano alla scala della nostra vita quotidiana. Il risultato apre le porte a nuovi tipi di tecnologie quantistiche, in cui le teste di tamburi aggrovigliate potrebbero essere utilizzate come router o sensori. La scoperta consente anche nuovi studi di fisica fondamentale, ad esempio, l'interazione scarsamente comprensibile della gravità e della meccanica quantistica.
Il team ha inoltre incluso scienziati dell'Università del New South Wales in Australia, dell'Università di Chicago negli Stati Uniti e dell'Università di Jyväskylä in Finlandia, le cui innovazioni teoriche hanno aperto la strada all'esperimento di laboratorio.
La ricerca sperimentale è stata condotta presso l'infrastruttura di ricerca nazionale OtaNano per le micro e nanotecnologie in Finlandia ed è stata finanziata anche dal Consiglio europeo della ricerca, dal programma di ricerca e innovazione di Orizzonte 2020 dell'Unione europea e dall'Accademia di Finlandia.
Articolo di ricerca: CF Ockeloen-Korppi, E. Damskagg, J.-M. Pirkkalainen, AA Clerk, F. Massel, MJ Woolley, MA Sillanpaa: "Entanglement stabilizzato di massicci oscillatori meccanici". Nature 556, 7702 (2018). https://doi.org/10.1038/s41586-018-0038-x