Un nuovo test per individuare dove la capacità di sfruttare la potenza della meccanica quantistica si è evoluta in natura è stato sviluppato dai fisici dell'Università di Warwick.

Il test identifica un segno distintivo rivelatore della coerenza quantistica, classificare le proprietà delle particelle in uno stato quantistico che interagiscono con un ambiente reale. Il test dovrebbe consentire agli scienziati di quantificare e monitorare la coerenza quantistica nel mondo naturale utilizzando esperimenti di laboratorio.

Pubblicato questa settimana sulla rivista Revisione fisica A , il lavoro teorico potrebbe portare a esperimenti che aiutano a risolvere il dibattito sul fatto che i processi biologici sfruttino a proprio vantaggio la meccanica quantistica, e se l'evoluzione potrebbe fornirci un modello per le tecnologie quantistiche come i computer, sensori e fonti di energia.

Le particelle microscopiche in uno stato quantistico sono molto difficili da individuare poiché l'atto di osservarle cambia il loro stato. Queste particelle furtive possono esistere in molte posizioni o configurazioni contemporaneamente, una caratteristica nota come coerenza quantistica.

L'effetto è alla base di tecnologie come i computer quantistici, sensori quantistici e sistemi di comunicazione quantistica, che utilizzano sistemi ordinati isolati dal resto del mondo. Però, se la coerenza quantistica esista nel mondo reale più rumoroso e disordinato è più difficile da identificare.

Il test prevede una procedura per distruggere la coerenza quantistica, e quindi osservare il cambiamento nelle misurazioni successive. Laddove si osserva un impatto misurabilmente grande, gli scienziati possono dimostrare che deve esserci stata coerenza quantistica nel sistema. Il nuovo lavoro chiarisce le possibili eccezioni a questa conclusione, che dipendono da quanto velocemente la procedura speciale può distruggere la coerenza.

Dr. George ginocchio, 1851 Royal Commission Research Fellow del Dipartimento di Fisica dell'Università, ha dichiarato:"Dimostrare la presenza della coerenza quantistica in un sistema biologico costituirebbe un cambio di paradigma, lontano dall'idea che solo gli esseri umani abbiano la capacità di progettare sistemi in grado di esibire e sfruttare la coerenza quantistica. Sarebbe anche un passo verso l'esperimento mentale del gatto di Schroedinger, dove un organismo vivente è posto nello stato in cui si trova, quantistica coerentemente, sia vivo che morto».

Il coautore Dr. Animesh Datta ha dichiarato:"I risultati di questo test saranno preziosi per migliorare la nostra comprensione di come funzionano la chimica e la biologia, e potrebbe permetterci di rispondere alla domanda se la fisica quantistica abbia avuto un ruolo nei processi evolutivi".

Secondo la fisica quantistica, una particella, come quello che trasporta energia in un organismo fotosintetico, può viaggiare lungo più percorsi diversi tra un ingresso e un'uscita. L'energia trasportata dalla particella potrebbe andare persa in qualsiasi momento dopo la sua creazione. Se la particella si muovesse più velocemente verso la sua destinazione, vi è una minore possibilità di perdita e si potrebbe ottenere una maggiore efficienza.

La coerenza consente l'interferenza tra i due percorsi, permettendo alla particella di viaggiare in media più lontano di quanto potrebbe altrimenti durante lo stesso periodo di tempo. Ciò suggerisce che gli effetti quantistici potrebbero aver prestato un vantaggio evolutivo a quegli organismi adattati a sfruttarli.

Il Dr. Knee ha aggiunto:"Le possibilità sono allettanti:se il nostro test proposto fosse condotto in un sistema biologico, e ha restituito un risultato positivo, potremmo essere in grado di apprendere i principi di progettazione dell'ingegneria quantistica dalla natura. Potremmo quindi provare a creare tecnologie biomimetiche più robuste e forse anche più potenti dell'attuale generazione di tecnologie quantistiche, che si basano quasi esclusivamente su sistemi altamente isolati. Se fossimo in grado di potenziare la raccolta della luce artificiale, come ad esempio in una cella solare, ci sarebbe un enorme potenziale per fornire a prezzi accessibili, energia rinnovabile."