Una particella che si separa dalle sue proprietà può aiutare a spiegare il paradosso dell'impatto di uno specchio su una particella che non entra mai in contatto con essa nella comunicazione quantistica controfattuale. Credito:lettere di revisione fisica.
"Azione spettrale a distanza, "La sommatoria di Einstein della fisica quantistica, è stata una critica alla meccanica quantistica da quando è emerso il campo. Finora, descrizioni di particelle entangled per spiegare le loro risposte apparentemente più veloci della luce, e anche le spiegazioni per gli sfasamenti indotti da un campo elettromagnetico nelle regioni in cui è zero - l'effetto "Aharonov-Bohm" - hanno principalmente affrontato queste preoccupazioni. Però, recenti dimostrazioni teoriche e sperimentali di un protocollo di comunicazione quantistica "controfattuale" si sono rivelate difficili da spiegare in termini di causa ed effetto fisici. In questo tipo di comunicazione quantistica, gli osservatori su entrambi i lati di un "canale di trasmissione" si scambiano informazioni senza che alcuna particella passi tra di loro - davvero spaventoso.
Ora, Yakir Aharonov, Professore all'Università di Tel Aviv in Israele e alla Chapman University negli Stati Uniti, e Daniel Rohrlich, Professore all'Università Ben-Gurion del Negev in Israele, hanno esaminato più da vicino questo cosiddetto protocollo di comunicazione quantistica controfattuale in termini di proprietà delle particelle conservate. La loro analisi fornisce una spiegazione della comunicazione quantistica controfattuale che non richiede "azioni spettrali a distanza, " ma implica invece che la particella e una delle sue proprietà conservate, il momento angolare modulare, si separino.
Il protocollo quantistico spettrale
Il protocollo di comunicazione quantistica controfattuale riportato nel 2013 è sorto attraverso studi teorici di due osservatori, i buoni vecchi Alice e Bob, in collegamento tramite particelle lungo un canale di trasmissione, come riportato da Hatim Salih, Zheng Hong Li, Mohammad Al-Amri e Muhammad Suhail Zubairy (allora al National Center for Mathematics and Physics in Arabia Saudita e alla Texas A&M University negli Stati Uniti).
"Si sono molto interessati al fatto che queste particelle massicce, che sarebbero segnali, potrebbe essere fermato e bloccato, " spiega Rohrlich. Nella loro analisi, Salih e coautori hanno mostrato che quando c'erano due barriere parzialmente bloccanti nel canale, Alice è stata in grado di identificare se Bob avesse chiuso o meno la sua estremità del canale con uno specchio riflettente o l'avesse lasciato aperto, anche se la funzione d'onda, come si è evoluta nelle condizioni impostate, non poteva entrare alla fine del canale di Bob.
"L'abbiamo trovato estremamente interessante:la possibilità di comunicazione senza che nulla passi tra le due persone che comunicano tra loro, " dice Aharonov. "E volevamo vedere se riusciamo a capirlo meglio."
Un approccio conservativo
Infatti, Aharonov ha già un'eredità nelle interpretazioni di fenomeni quantistici apparentemente strani, risalente al suo lavoro nel 1959 per spiegare l'effetto Aharonov-Bohm, a volte indicato come effetto Ehrenberg-Siday-Aharonov-Bohm in riconoscimento di una previsione teorica dell'effetto nel 1949. I ricercatori sperimentali avevano osservato uno sfasamento in particelle cariche vicino a un campo elettromagnetico anche se il campo era zero in tutta la regione occupata da la funzione d'onda della particella.
"Generalmente, la gente pensa solo alla funzione d'onda, "dice Aharonov, facendo riferimento a descrizioni comuni di sovrapposizione. "Ci pensano matematicamente ma non lo collegano con una quantità conservata che è il momento modulare". Analizzando gli effetti quantistici in termini di scambio di una variabile conservata, il momento modulare, Aharonov e David Bohm sono stati in grado di spiegare l'effetto Aharonov-Bohm. Ora, insieme a Rohrlich, ha iniziato ad applicare lo stesso tipo di analisi al protocollo di comunicazione quantistica controfattuale.
Rohrlich e Aharonov hanno preso in considerazione due canali di trasmissione paralleli, uno con l'estremità di Bob chiusa con uno specchio e l'altro con esso aperto. (Ciò equivale anche a un singolo canale di trasmissione in cui lo specchio di Bob si trova in una sovrapposizione di stati aperto e chiuso.) Quindi considerano una funzione d'onda iniziale in una sovrapposizione dello stato nel canale aperto più lo stato nel canale chiuso.
Il problema sorge perché, come avevano dimostrato Salih e co-autori, la funzione d'onda si evolve in modo diverso a seconda che l'estremità di Bob sia chiusa o meno. Di conseguenza, trascorso un certo periodo di tempo, la sovrapposizione sarà lo stato di un canale meno lo stato dell'altro canale, ma ciò equivale a una fase diversa dalla funzione d'onda iniziale. Poiché il momento angolare modulare dipende dalla fase, ciò suggerisce che il momento angolare modulare della particella è cambiato anche se la funzione d'onda della particella non potrebbe occupare la parte del canale in cui Bob ha il suo specchio aperto o chiuso.
"L'unico modo per spiegare come è cambiato il momento angolare è che parte del momento angolare della particella l'ha lasciata ed è andata dall'altra parte, " dice Aharonov. Come lui e Rohrlich spiegano, parte del momento angolare lascia la particella, entra nella regione del canale di trasmissione che la funzione d'onda della particella non può, e lì, viene assorbito dallo specchio in modo che il valore del momento angolare modulare sulla particella venga alterato. Suggeriscono anche che risultati simili potrebbero derivare considerando il momento angolare di spin e altre proprietà conservate.
Proprietà temperamentali
Aharonov e Rohrlich paragonano il comportamento della particella e il suo momento angolare modulare al ghignante gatto del Cheshire in "Alice's Adventures in Wonderland, " che sembra andare avanti, lasciandosi alle spalle il suo sorriso. "Anche se è molto sorprendente che le proprietà possano lasciare le loro particelle, non è così sorprendente come dire che non è successo nulla e c'è stato un effetto, "dice Aharonov, confrontando la loro spiegazione con l'idea della particella con le sue proprietà non incontrando nulla che possa cambiare il momento angolare modulare, eppure quella proprietà cambia comunque.
Come tutti i nuovi concetti, La spiegazione di Aharonov e Rohrlich non è priva di critiche, o. Rohrlich sottolinea il punto sollevato da uno dei revisori (anonimi) del documento, che ha comunque espresso un giudizio complessivamente positivo sul lavoro. "Dicevano, umoristicamente, sì abbiamo evitato un problema, ma ci siamo cacciati in un altro problema, "dice Rohrlich. Eppure aggiunge, "Se stai parlando di un gatto e del suo sorriso, è molto strano, ma certo, tutto questo deve tradursi in particelle elementari, e se una particella elementare perde la sua rotazione perché la sua rotazione va da qualche altra parte, forse è qualcosa a cui possiamo abituarci".
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