In questa conferenza, nata dalla collaborazione tra Mathesis Bergamo e il Liceo delle Scienze Applicate “G.Natta” di Bergamo, si affronta l'entanglement quantistico e le sue applicazioni nel teletrasporto quantistico e nella crittografia quantistica.
Il professor Baroni indaga temi di grande attualità e importanza, come testimoniato dall’ assegnazione nel 2022 del premio Nobel per la fisica ad Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger per i loro esperimenti con l'entanglement dei fotoni, che hanno aperto la strada all’informazione quantistica.
L’entanglement è la correlazione che si crea tra particelle nate dallo stesso fenomeno fisico, nel caso di due particelle, quindi, se si osserva lo stato di una, si conosce automaticamente il risultato della misura dell’altra, non violando il limite della velocità della luce.
Tutta la scienza, fino all’arrivo della meccanica quantistica, si è basata sul realismo, pertanto, Einstein, Podolski e Rosen si chiesero come poter salvare il realismo locale, ovvero assicurare che non ci fosse una comunicazione istantanea tra le due particelle e che le loro proprietà fossero definite in ogni momento.
Essi formularono il cosiddetto paradosso EPR, con il quale si convinsero di avere trovato una falla logica nella meccanica quantistica, legata proprio al fenomeno dell'entanglement quantistico. Il loro scopo era, quindi, dimostrare l'incompletezza della meccanica quantistica.
La conclusione che trovarono fu che in Natura esistevano delle proprietà che la meccanica quantistica non era in grado di cogliere e quindi non era una teoria completa, perché non era in grado di vedere e di descrivere quelle variabili nascoste che esistevano nelle particelle e che permettevano loro di mettersi d’accordo.
Questo dibattito, puramente teorico, andò avanti fino al 1972, perché nessuno poteva decidere quale teoria tra la meccanica quantistica e la teoria delle variabili nascoste fosse migliore, visto che davano la stessa predizione.
Nel 1964 John Bell, fisico irlandese, ebbe una brillante idea puramente matematica, che richiedeva solamente concetti elementari di probabilità e trigonometria e che permise di riportare il dibattito tra le due scuole di pensiero su un piano sperimentale.
Nel 1972 Clauser, poi nel 1982 Aspect e infine nel 1997 Zeilinger perfezionarono l’esperimento di Bell con i fotoni e trovarono sperimentalmente che le previsioni della meccanica quantistica erano corrette.
Essi dimostrarono, quindi, che la non località è un fenomeno che esiste in Natura, ma non dimostrarono la non esistenza delle variabili nascoste; pertanto, potrebbe esistere una teoria a variabili nascoste, ma, grazie agli esperimenti da Bell in poi, ora sappiamo che dovrebbe essere una teoria non locale.
Le due applicazioni più importanti dell’entanglement sono il teletrasporto quantistico, ovvero teletrasportare una particella da un posto all’altro, e la crittografia quantistica, ovvero inviare messaggi criptati sfruttando le leggi della meccanica quantistica. In questa conferenza il professor Baroni ne analizza e spiega il funzionamento soffermandosi sui progressi e sugli sviluppi di questi ultimi anni.

A cura di Silvia Gambarini
7 Novembre 2022.

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