Lo stato di un sistema è caratterizzato come entangled o correlato quantistico se due o più particelle non possono essere descritte come una combinazione di particelle separate, Stati indipendenti, ma solo nel loro insieme. I ricercatori del Kirchhoff Institute for Physics dell'Università di Heidelberg sono recentemente riusciti a verificare le cosiddette correlazioni quantistiche non locali tra nuvole ultrafredde di atomi di rubidio. Sotto la direzione del Prof. Dr. Markus Oberthaler e del Prof. Dr. Thomas Gasenzer, i ricercatori sono stati in grado di acquisire nuove importanti informazioni sul carattere dei sistemi a molti corpi della meccanica quantistica.
Le correlazioni previste dalla teoria della meccanica quantistica sono controintuitive. Queste correlazioni quantistiche sembrano contraddire il principio di indeterminazione di Heisenberg, che afferma che due proprietà di un oggetto, come posizione e velocità, non può mai essere determinato con precisione allo stesso tempo. Nei sistemi di meccanica quantistica, però, due particelle possono essere preparate in modo da prevedere con precisione la posizione della particella due localizzando la posizione della particella uno. Allo stesso modo, misurare la velocità di una particella permette di prevedere la velocità dell'altra. "In questo caso, la posizione e la velocità della particella due devono essere determinate con precisione prima della misurazione, " dice il prof. Oberthaler. "Il risultato della misurazione per la particella uno non può essere immediatamente presente nella posizione della particella due se i due sono spazialmente separati".
Il principio di indeterminazione in realtà non supporta questa determinazione simultanea di posizione e velocità. Ma nella meccanica quantistica, due oggetti non sono considerati separati se sono correlati, cioè., impigliato, risolvendo così l'apparente contraddizione. "Se possiamo dimostrare che i risultati della misurazione di diversi osservabili in un sistema possono essere effettivamente previsti misurando un secondo, sistema remoto, quindi possiamo usare queste prove anche per convalidare l'entanglement - ed è esattamente quello che abbiamo fatto nel nostro esperimento, "dice Philipp Kunkel, l'autore principale dello studio.
Nel loro esperimento, i ricercatori hanno utilizzato una nuvola di circa 11, 000 atomi di rubidio, che hanno raffreddato a temperature estremamente basse. Usando la luce laser, tenevano gli atomi sospesi in una camera a vuoto, che ha permesso loro di escludere qualsiasi effetto di disturbo, come le collisioni con le molecole d'aria. Poiché gli effetti quantistici sono rilevabili solo a temperature molto basse, è necessario lavorare con atomi ultrafreddi. Come quando si misura la posizione e la velocità, queste condizioni estreme consentono lo stato interno delle particelle, spesso chiamato spin, anche da misurare. "Misurando la rotazione in una metà della nuvola, siamo stati in grado di prevedere lo spin nell'altro in modo più accurato di quanto consentirebbe il principio di indeterminazione locale, " spiega Philipp Kunkel.
La caratterizzazione dei sistemi a molti corpi della meccanica quantistica è importante per le applicazioni future come i computer quantistici e la comunicazione quantistica, tra gli altri. I più recenti risultati della ricerca di Heidelberg sono stati pubblicati in Scienza .
