Quantum Entanglement, il legame più forte dell’universo

“Nelle puntate precedenti, il Quantum Entanglement”

Siamo nel 1935, in Germania, ed un ormai 50enne Albert Einstein, insieme ad altri 2 suoi colleghi, pronuncia queste esatte parole: “Siamo obbligati a dire che la descrizione meccanico-quantistica della realtà fisica data dalle funzioni d’onda non è completa”. Da lì a poco, un altro famoso personaggio del mondo della fisica, Erwin Schrödinger, in una lettera indirizzata al buon Albert in cui discute sulla sua affermazione, conia il termine “Entanglement“.

Dopo una larga discussione sull’argomento, i due decisero che non erano contenti del concetto di “Entanglement” e, con la sua solita vena umoristica, Einstein decise di buttare tutto a quel paese, senza rendersi conto però di aver fatto una delle scoperte più sensazionali della fisica moderna che potrebbe (e in parte lo sta già facendo) cambiare per sempre il modo con cui comunichiamo e ci approcciamo a quel maestoso mondo nascosto della fisica quantistica.

Un viaggio molto lungo…

Se il paragrafo di prima sembra un recap di “Lost”, ci si sbaglia di grosso: il fenomeno del Quantum Entanglement è più vicino ad un episodio de “Ai confini della realtà“!

Ogni legge fisica tradizionale quando si osserva il mondo quantistico non esiste più e tutto comincia a prendere pieghe strane, o persino assurde, come nel caso dell’Entanglement. Quindi, per affrontare questo “viaggio” alla scoperta del più bizzarro evento quantistico, consiglio di partire preparati e munirsi di:

• Mente aperta
• Una sana dose di follia
• Due bellissime sfere identiche (ci serviranno per dopo!)
• Un amico dall’altra parte del mondo
• Per chi non vuole viaggiare da solo, consiglio di munirsi di un gatto… tanto per restare in tema… insomma, Schrödinger… si capisce che sono un gattaro?

Preso tutto? Benissimo, possiamo cominciare!

…ma molto veloce. Infinitamente veloce!

La nostra prima tappa sarà forse la più difficile da raggiungere ma sicuramente la più importante: una definizione. Il concetto è semplicissimo e, se vi siete preparati il materiale della lista, sarà una passeggiata!

Prendiamo una delle nostre sfere e consegniamola al nostro fidato amico dall’altra parte del mondo e chiamiamolo al telefono. Fatto questo, dobbiamo fare solo una semplice operazione: ruotiamo la sfera che abbiamo tenuto con noi. Come per magia, il vostro amico, oltre ad avere un infarto per la paura, noterà che anche la sua sfera ruoterà esattamente in contemporanea con la vostra! Stregoneria? No, è tutto vero!

Il “Quantum Entanglement” è esattamente questo: due particelle (nel nostro caso le sfere), anche se sono a migliaia di chilometri di distanza, possono essere legate (appunto, “Entanglement”) da un potentissimo collegamento. Questo collegamento è talmente potente che qualsiasi modifica fatta ad una quantità fisica (nel nostro caso la rotazione) della nostra sfera, si replicherà istantaneamente anche nell’altra ad una velocità, in linea teorica, superiore a quella della luce. Ma quindi, cosa ce ne facciamo di questo? Quale può essere il futuro di questa scoperta? Ma è vero? E l’amico dall’altra parte del mondo, si è ripreso dopo l’infarto?

Preparate i camici, andiamo in laboratorio

Benissimo, siamo riusciti a fare la nostra prova virtuale sull’Entanglement quantistico, ma passiamo ai fatti realmente accaduti.

Misurare, o quantomeno osservare, un “Quantum Entanglement” non è assolutamente semplice. Come ha spiegato il nostro amato Schrödinger nel suo famosissimo esempio dell’omonimo gatto, nel mondo quantistico gli eventi possono essere molto complicati da interpretare in quanto, non appena si osserva un fenomeno quantistico (che sia effettuare una misura o anche semplicemente osservare ad occhio nudo), si invalida automaticamente il suo “stato quantistico“… bella rogna, ma non temete, c’è una soluzione anche a questo (ed è più semplice di quanto si possa pensare)!

Usando l’esempio delle sfere, per valutare se c’è un Entanglement basterà semplicemente colorare un lato delle sfere, direzionarle con lo stesso angolo, ruotarne una e voilà! Se entrambe le sfere sono ancora direzionate allo stesso modo, vuol dire che siamo riusciti a verificare il fenomeno. Un momento, ma non avevo appena detto che, osservando il fenomeno, questo invalida il suo stato quantistico? Sì, ed è verissimo, ma per nostra fortuna a noi interessa solo vedere il risultato finale dell’Entanglement, quindi non è la rotazione in se ad essere quantistica ma il collegamento tra le due particelle! (Scacco matto Schrödinger!)

Un po’ di casi reali

Ovviamente un fisico qualsiasi non si metterebbe mai a far morire d’infarto il suo amico ruotando sfere a casaccio dall’altra parte del mondo in quanto la realtà è ben diversa. Se si vuole veramente provare che l’Entanglement esiste bisogna armarsi di un bel po’ di strumentazione all’avanguardia e molti, moltissimi soldi! Anzitutto, non tutte le particelle possono possedere questa proprietà, infatti il fenomeno, fin’ora, è stato osservato solo in pochi isolati casi:

• 1992, alcuni scienziati sono riusciti a rilevare l’Entanglement tra 4 fotoni che possedevano lo stesso momento angolare
• 2011, tappa storica per il successo di creazione di un collegamento tra 2 diamanti distanti 15cm
• 2014, 500.000 atomi di rubidio raffreddati a 20 milionesimi di gradi Kelvin (quasi la temperatura 0, ovvero -273,15C°!) vengono fatti ruotare contemporaneamente
• 2017, ricercatori cinesi riescono a generare una rete quantistica tra 2 nodi distanti 1.200km ed un satellite a 2.000km in orbita, riuscendo a far coordinare diversi fotoni in Entanglement tra i tre!

Chi vuole giocare al piccolo chimico?

Anche se sembra molto distante come concetto fisico, il “Quantum Entanglement” non è poi così impossibile da provare sulla propria pelle, anzi, paradossalmente ognuno di noi lo sta già vivendo! L’esperimento è facilissimo da fare: vivere il tempo.

Il tempo è uno dei paradossi dell’Entanglement quantistico che riesce a muovere tutto l’universo nel suo sistema e per provare che effettivamente funziona basta pensare agli orologi. Tutti gli orologi del mondo (o qualsiasi cosa possa indicare un tempo, un momento della linea temporale dell’universo) vengono “mossi” dal tempo. Se il tempo non c’è, l’orologio non scorre, ma, vivendo all’interno dell’universo che conosciamo, siamo tutti soggetti a questa inarrestabile forza e di conseguenza siamo tutti legati da un “Quantum Entanglement”. Pensate ai poverini che vivono al di fuori dell’universo, loro non possono vivere questa esperienza, ma noi che siamo buoni e solidali gli dedichiamo una “F” 😉

“Ce l’hai la patente per l’Entanglement?”

Scoccia a tutti dover aspettare che WhatsApp (o Telegram, se ce l’hai entra nel nostro gruppo!) ci metta un’eternità a mandare la foto del nostro gatto che fa cose divertenti al nostro amico che ha rischiato la morte d’infarto per tirarlo su di morale, ma fortunatamente ora siamo dei maestri dell’Entanglement Quantistico!

Una delle proposte di utilizzo di questa proprietà quantistica è proprio questa: potendo alterare lo stato di due particelle, distanti anche migliaia di chilometri l’una dall’altra, possiamo ottenere comunicazioni ad altissima velocità (più alta di quella della luce!). Questo significa che trasferire un file o un dato tra due computer può essere fatto istantaneamente attraverso l’uso del Quantum Entanglement andando ad alterare direttamente i bit nella macchina del nostro destinatario, alterando i nostri. Ancora non convince?

Nel mio precedente articolo sulla supremazia quantistica (che trovate qui) ho parlato del possibile futuro, anche un po’ catastrofico, in presenza dei computer quantistici che possono distruggere ogni possibile crittografia ed è proprio qui che ci viene in soccorso l’Entanglement. Sfruttando questo potentissimo legame tra le particelle si possono creare sistemi di crittografia a prova di computer quantistico, in quanto questi legami non possono essere alterati né tanto meno letti (vista la regola dell’osservazione del fenomeno quantistico).

Questo da ampio spazio di sicurezza per quello che verrà con il futuro dei computer quantistici, ma soprattutto ai vantaggi che si ottengono nelle comunicazioni di tutti i giorni, anche appunto a migliaia di chilometri di distanza, quasi a costo zero.

Un piccolo momento di piacere quantistico

In conclusione, questa ennesima scoperta nell’ambito della meccanica quantistica non è certamente da sottovalutare, ma non lo è tutto il mondo quantistico. Da Einstein ad oggi siamo riusciti a fare passi evolutivi enormi grazie anche a questo ramo della fisica e ogni giorno vengono fatti sempre più progressi. Quello che voglio lasciarvi è un invito ad entrare in questo mondo così bizzarro ma così altrettanto potente, perché un giorno potrebbe essere la quotidianità e, siamo sinceri, non vorremo mica ritrovarci come gli anziani di oggi, a chiedere ai nostri nipotini di sbloccarci il computer quantistico perché non ne siamo capaci?

P.S: Per approfondire l’argomento sulla crittografia quantistica: