Un team guidato dal fisico sperimentale austriaco Rainer Blatt è riuscito a caratterizzare l'entanglement quantistico di due atomi spazialmente separati osservando la loro emissione di luce. Questa fondamentale dimostrazione potrebbe portare allo sviluppo di gradiometri ottici altamente sensibili per la misurazione precisa del campo gravitazionale o del campo magnetico terrestre.

L'era della tecnologia quantistica è stata annunciata da tempo. Decenni di ricerca nel mondo quantistico hanno portato allo sviluppo di metodi che consentono oggi di sfruttare le proprietà quantistiche specificamente per applicazioni tecniche. Il team guidato dal pioniere dei computer quantistici di Innsbruck Rainer Blatt controlla i singoli atomi in modo molto preciso negli esperimenti con le trappole ioniche. L'intreccio deliberato di queste particelle quantistiche non solo apre la possibilità di costruire un computer quantistico, ma crea anche le basi per la misurazione delle proprietà fisiche con una precisione precedentemente sconosciuta. I fisici sono ora riusciti per la prima volta a dimostrare un'interferenza quantistica nello spazio libero completamente controllata di singoli fotoni emessi da una coppia di atomi entangled efficacemente separati.

"Oggi, possiamo controllare in modo molto preciso la posizione e l'entanglement delle particelle e generare singoli fotoni secondo necessità, " spiega Gabriel Araneda del team di Rainer Blatt del Dipartimento di Fisica Sperimentale dell'Università di Innsbruck. "Insieme, questo ci permette di studiare gli effetti dell'entanglement nell'interazione collettiva atomo-luce." I fisici dell'Università di Innsbruck hanno confrontato l'interferenza dei fotoni prodotta da atomi di bario entangled e non entangled. Le misurazioni hanno mostrato che questi sono qualitativamente differenti. Infatti , la differenza misurata delle frange di interferenza corrisponde direttamente alla quantità di entanglement negli atomi. "In questo modo possiamo caratterizzare l'entanglement completamente otticamente, " Gabriel Araneda sottolinea l'importanza dell'esperimento. I fisici sono stati anche in grado di dimostrare che il segnale di interferenza è altamente sensibile ai fattori ambientali nella posizione degli atomi. "Sfruttiamo questa sensibilità e utilizziamo il segnale di interferenza osservato per misurare il campo magnetico gradienti di campo, " dice Araneda. Questa tecnica può portare allo sviluppo di gradiometri ottici ultrasensibili. Poiché l'effetto misurato non si basa in prossimità degli atomi, queste misurazioni potrebbero consentire di confrontare con precisione le intensità di campo in posizioni separate, come quello dei campi magnetici o gravitazionali della Terra.

Il lavoro è stato pubblicato sulla rivista Lettere di revisione fisica ed è stato sostenuto finanziariamente dall'Austrian Science Fund FWF, l'Unione europea e la Federazione delle industrie austriache del Tirolo, tra gli altri.