Un gruppo di ricercatori della Facoltà di Fisica dell'Università di Varsavia ha gettato nuova luce sul famoso paradosso di Einstein, Podolsky e Rosen dopo 80 anni. Hanno creato uno stato entangled multidimensionale di un singolo fotone e un trilione di atomi di rubidio caldo, e conservato questo entanglement ibrido in laboratorio per diversi microsecondi. La ricerca è stata pubblicata in ottica .

Nel loro famoso Revisione fisica articolo, pubblicato nel 1935, Einstein, Podolsky e Rosen considerarono il decadimento di una particella in due prodotti. Nel loro esperimento mentale, due prodotti di decadimento sono stati proiettati in direzioni esattamente opposte, o più scientificamente parlando, i loro momenti erano anti-correlati. Sebbene non sia un mistero nel quadro della fisica classica, quando si applicano le regole della teoria quantistica, i tre ricercatori sono arrivati ​​a un paradosso. Il principio di indeterminazione di Heisenberg, dettare che la posizione e la quantità di moto di una particella non possono essere misurate allo stesso tempo, sta al centro di questo paradosso. Nell'esperimento mentale di Einstein, è possibile misurare la quantità di moto di una particella e conoscere immediatamente la quantità di moto dell'altra senza misurazione, in quanto è esattamente il contrario. Quindi, misurando la posizione della seconda particella, il principio di indeterminazione di Heisenberg è apparentemente violato, un apparente paradosso che lasciò seriamente perplessi i tre fisici.

Ora sappiamo che questo esperimento non è, infatti, un paradosso. L'errore di Einstein e dei suoi collaboratori è stato quello di applicare l'incertezza di una particella a un sistema di due particelle. Se trattiamo queste due particelle come descritte da un singolo stato quantistico, apprendiamo che il principio di indeterminazione originario cessa di applicarsi, soprattutto se queste particelle sono impigliate.

Nel Laboratorio di Memoria Quantistica dell'Università di Varsavia, il gruppo di tre fisici è stato il primo a creare uno stato così intricato, che consisteva in un oggetto macroscopico, un gruppo di circa un trilione di atomi, e un singolo fotone. "Singoli fotoni, diffusa durante l'interazione di un raggio laser con atomi, sono registrati su una fotocamera sensibile. Un singolo fotone registrato trasporta informazioni sullo stato quantistico dell'intero gruppo di atomi. Gli atomi possono essere immagazzinati, e il loro stato può essere recuperato su richiesta, "dice Michal Dabrowski, dottorato di ricerca studente e coautore dell'articolo.

I risultati dell'esperimento confermano che gli atomi e il singolo fotone sono in uno stato di entanglement articolare. Misurando la posizione e la quantità di moto del fotone, i ricercatori hanno acquisito tutte le informazioni sullo stato degli atomi. A conferma di ciò, scienziati polacchi hanno convertito lo stato atomico in un altro fotone, che è stato misurato utilizzando la stessa fotocamera all'avanguardia.

"Abbiamo dimostrato l'apparente paradosso Einstein-Podolsky-Rosen in una versione molto simile a quella originariamente proposta nel 1935, ma abbiamo esteso l'esperimento aggiungendo immagazzinamento di luce all'interno del grande gruppo di atomi. Gli atomi immagazzinano il fotone sotto forma di un'onda composta da spin atomici contenenti un trilione di atomi. Tale stato è molto robusto contro la perdita di un singolo atomo, poiché l'informazione è distribuita su così tante particelle, "dice Michal Parniak, dottorato di ricerca studente che partecipa allo studio.

L'esperimento è unico in un altro modo, anche. La memoria quantistica che memorizza lo stato entangled consente di memorizzare fino a 12 fotoni contemporaneamente. Questa capacità potenziata è promettente in termini di applicazioni nell'elaborazione delle informazioni quantistiche. "L'entanglement multidimensionale viene memorizzato nel nostro dispositivo per diversi microsecondi, che è circa mille volte più lungo rispetto a qualsiasi precedente esperimento, e allo stesso tempo, abbastanza a lungo da eseguire sottili operazioni quantistiche sullo stato atomico durante l'archiviazione, " spiega il dottor Wojciech Wasilewski, capogruppo del team di Quantum Memories Laboratory.

L'entanglement nello spazio reale e del momento, descritto nel ottica articolo, può essere utilizzato insieme ad altri gradi di libertà ben noti come la polarizzazione, permettendo la generazione del cosiddetto hyper-entanglement. Tali idee costituiscono un test nuovo e originale dei fondamenti della meccanica quantistica, una teoria incessantemente misteriosa, eppure offre un immenso progresso tecnologico.