Un team di ricercatori del Niels Bohr Institute, Università di Copenaghen, sono riusciti a intrecciare due oggetti quantistici molto diversi. Il risultato ha diverse potenziali applicazioni nel rilevamento ultra preciso e nella comunicazione quantistica ed è ora pubblicato in Fisica della natura .

L'entanglement è la base per la comunicazione quantistica e il rilevamento quantistico. Può essere inteso come un collegamento quantistico tra due oggetti che li fa comportare come un singolo oggetto quantistico.

I ricercatori sono riusciti a creare un entanglement tra un oscillatore meccanico, una membrana dielettrica vibrante, e una nuvola di atomi, ognuno agisce come un minuscolo magnete, o quello che i fisici chiamano "spin". Queste entità molto diverse potevano essere entangled collegandole con fotoni, particelle di luce. Gli atomi possono essere utili nell'elaborazione delle informazioni quantistiche e la membrana, oi sistemi quantistici meccanici in generale, possono essere utili per l'archiviazione delle informazioni quantistiche.

Professor Eugene Polzik, che ha guidato lo sforzo, afferma che:"Con questa nuova tecnica, siamo sulla buona strada per spingere i confini delle possibilità di entanglement. Più grandi sono gli oggetti, più distanti sono, più sono disparati, l'intreccio più interessante diventa sia dal punto di vista fondamentale che da quello applicato. Con il nuovo risultato, l'intreccio tra oggetti molto diversi è diventato possibile."

Per capire l'intreccio, attenendosi all'esempio degli spin impigliati con una membrana meccanica, immagina la posizione della membrana vibrante e l'inclinazione dello spin totale di tutti gli atomi, simile a una trottola. Se entrambi gli oggetti si muovono casualmente, ma se osservato muoversi a destra o a sinistra allo stesso tempo, quella si chiama correlazione. Tale movimento correlato è normalmente limitato al cosiddetto movimento di punto zero, il residuo, moto non correlato di tutta la materia che si verifica anche a temperatura zero assoluto. Ciò limita la conoscenza di qualsiasi sistema.

Nel loro esperimento, Il team di Eugene Polzik ha impigliato i sistemi, il che significa che si muovono in modo correlato con una precisione migliore del moto di punto zero. "La meccanica quantistica è come un'arma a doppio taglio:ci offre nuove meravigliose tecnologie, ma limita anche la precisione delle misurazioni che sembrerebbero facili da un punto di vista classico, "dice un membro del team, Michał Parniak. I sistemi entangled possono rimanere perfettamente correlati anche se sono distanti l'uno dall'altro, una caratteristica che ha lasciato perplessi i ricercatori fin dalla nascita della meccanica quantistica più di 100 anni fa.

dottorato di ricerca lo studente Christoffer Østfeldt spiega ulteriormente:"Immagina i diversi modi di realizzare gli stati quantistici come una specie di zoo di realtà o situazioni diverse con qualità e potenzialità molto diverse. Se, Per esempio, vogliamo costruire un dispositivo di qualche tipo, al fine di sfruttare le diverse qualità che tutti possiedono e in cui svolgono diverse funzioni e risolvono un compito diverso, bisognerà inventare una lingua che tutti sappiano parlare. Gli stati quantistici devono essere in grado di comunicare, per consentirci di sfruttare appieno il potenziale del dispositivo. Questo è ciò di cui siamo capaci di questo intreccio tra due elementi nello zoo".

Un esempio specifico di prospettive di impigliamento di diversi oggetti quantistici è il rilevamento quantistico. Oggetti diversi possiedono sensibilità a diverse forze esterne. Per esempio, oscillatori meccanici sono utilizzati come accelerometri e sensori di forza, mentre gli spin atomici sono usati nei magnetometri. Quando solo uno dei due diversi oggetti entangled è soggetto a perturbazione esterna, l'entanglement consente di misurarlo con una sensibilità non limitata dalle fluttuazioni del punto zero dell'oggetto.

C'è una possibilità abbastanza immediata per l'applicazione della tecnica nel rilevamento sia per piccoli oscillatori che per quelli grandi. Una delle più grandi notizie scientifiche degli ultimi anni è stata la prima rilevazione di onde gravitazionali, realizzato dal Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO). LIGO rileva e misura onde estremamente deboli causate da eventi astronomici nello spazio profondo, come fusioni di buchi neri o fusioni di stelle di neutroni. Le onde si possono osservare perché scuotono gli specchi dell'interferometro. Ma anche la sensibilità di LIGO è limitata dalla meccanica quantistica perché anche gli specchi dell'interferometro laser sono scossi dalle fluttuazioni del punto zero. Tali fluttuazioni portano al rumore che impedisce l'osservazione del minuscolo movimento degli specchi causato dalle onde gravitazionali.

È, in linea di principio, possibile generare entanglement degli specchi LIGO con una nuvola atomica e quindi cancellare il rumore di punto zero degli specchi nello stesso modo in cui avviene per il rumore di membrana nel presente esperimento. La perfetta correlazione tra gli specchi e gli spin atomici a causa del loro entanglement può essere utilizzata in tali sensori per cancellare virtualmente l'incertezza. Richiede semplicemente l'acquisizione di informazioni da un sistema e l'applicazione della conoscenza all'altro. Così, si potrebbe conoscere allo stesso tempo sia la posizione che la quantità di moto degli specchi di LIGO, entrare in un cosiddetto sottospazio libero dalla meccanica quantistica e fare un passo verso una precisione illimitata delle misurazioni del movimento. Un esperimento modello che dimostra questo principio è in arrivo nel laboratorio di Eugene Polzik.