L'entanglement quantistico è il fenomeno fondamentale alla base del funzionamento di una varietà di sistemi quantistici, compresa la comunicazione quantistica, strumenti di rilevamento quantistico e di calcolo quantistico. Questo fenomeno deriva da un'interazione (cioè, entanglement) tra le particelle. Raggiungere l'intreccio tra oggetti distanti e molto diversi, però, si è rivelato finora molto impegnativo.

I ricercatori dell'Università di Copenaghen hanno recentemente generato un entanglement tra un oscillatore meccanico e un oscillatore di spin atomico collettivo. Il loro lavoro, delineato in un articolo pubblicato su Fisica della natura , introduce una strategia per generare entanglement tra questi due sistemi distinti.

"Circa un decennio fa, abbiamo proposto un modo per generare l'entanglement tra un oscillatore meccanico e un oscillatore di spin tramite fotoni, usando il principio che in seguito fu chiamato "sottospazi liberi della meccanica quantistica" o "traiettorie senza incertezze quantistiche, '" ha detto Eugene S. Polzik, che ha guidato il gruppo che ha condotto lo studio. "Nel nostro nuovo giornale, riportiamo l'attuazione sperimentale di queste proposte."

Per generare entanglement tra un sistema meccanico e uno di spin, Polzik e i suoi colleghi hanno sfruttato una caratteristica fondamentale degli oscillatori di spin, vale a dire che possono avere una massa negativa effettiva. Quando è eccitato, l'energia di un oscillatore di spin è ridotta, che gli consente di impigliarsi con un oscillatore meccanico più convenzionale che ha una massa positiva. I ricercatori hanno generato sperimentalmente questo entanglement eseguendo una misurazione congiunta su entrambi gli oscillatori.

"L'entanglement tra i sistemi meccanico e di spin viene generato inviando luce attraverso entrambi i sistemi, un oscillatore meccanico a massa positiva e un oscillatore di spin con una massa effettiva negativa, " ha detto Polzik. "L'esecuzione di una misurazione sulla luce trasmessa proietta i due sistemi in uno stato di entanglement. La successiva misurazione ripetuta verifica l'entanglement mostrando che le fluttuazioni quantistiche dei due sistemi sono fortemente correlate".

L'esperimento condotto da Polzik e dai suoi colleghi mostra che il movimento meccanico può, almeno in linea di principio, essere misurato con precisione arbitraria identificando e applicando un quadro di riferimento adeguato. Queste misurazioni superano il cosiddetto "limite di misura quantistico standard" che deriva dal principio di indeterminazione di Heisenberg, che è applicabile alle misurazioni in uno standard, quadro di riferimento classico.

"L'essenza del principio di indeterminazione è l'equilibrio tra l'imprecisione della misurazione e il disturbo causato dalla misurazione, l'azione di ritorno quantistico, " ha detto Polzik. "Con una misurazione nel quadro di riferimento di massa negativo i disturbi di retroazione imposti sull'oggetto e sul quadro di riferimento interferiscono in modo distratto e si annullano, portando così a una precisione di misurazione potenzialmente illimitata."

Questo team di ricercatori è stato il primo a dimostrare sperimentalmente l'entanglement tra un sistema meccanico e uno di spin. Nel futuro, il loro lavoro potrebbe contribuire allo sviluppo di nuove tecnologie e protocolli quantistici basati sull'entanglement tra diversi tipi di oscillatori. Nei loro prossimi studi, Polzik ei suoi colleghi intendono valutare l'efficacia del loro approccio per eseguire il teletrasporto quantistico e sviluppare altri strumenti di comunicazione quantistica.

"Con la recente osservazione dell'azione di retroazione quantistica da parte dei team di rilevatori di onde gravitazionali LIGO e VIRGO, i modi per superare i limiti dell'azione di retroazione quantistica diventano particolarmente rilevanti per quegli strumenti estremamente impegnativi, Polzik ha detto. "Stiamo costruendo un esperimento in cui intendiamo dimostrare la potenziale applicabilità del nostro approccio alla migliore sensibilità dei rilevatori di onde gravitazionali".

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