Il fenomeno della nonlocalità quantistica sfida la nostra intuizione quotidiana. Mostra le forti correlazioni tra diverse particelle quantistiche alcune delle quali cambiano il loro stato istantaneamente quando le altre vengono misurate, indipendentemente dalla distanza tra loro. Sebbene questo fenomeno sia stato confermato per le particelle a movimento lento, è stato discusso se la nonlocalità sia preservata quando le particelle si muovono molto velocemente a velocità vicine alla velocità della luce, e ancora di più quando quelle velocità sono quantistiche meccanicamente indefinite. Ora, ricercatori dell'Università di Vienna, l'Accademia austriaca delle scienze e il Perimeter Institute riferiscono nell'ultimo numero di Lettere di revisione fisica che la nonlocalità è una proprietà universale del mondo, indipendentemente da come ea quale velocità si muovono le particelle quantistiche.

È facile illustrare come possono sorgere correlazioni nella vita di tutti i giorni. Immagina che ogni giorno del mese invii due dei tuoi amici, Alice e Bob, un motore giocattolo di un set di due per la loro collezione. Puoi scegliere ciascuno dei motori in modo che sia rosso o blu, elettrico o a vapore. I tuoi amici sono separati da una grande distanza e non sanno della tua scelta. Una volta arrivati ​​i loro pacchi, possono controllare il colore del loro motore con un dispositivo in grado di distinguere tra rosso e blu o controllare se il motore è elettrico oa vapore utilizzando un altro dispositivo. Confrontano le misurazioni effettuate nel tempo per cercare correlazioni particolari. Nel nostro mondo di tutti i giorni, tali correlazioni obbediscono a due principi:"realismo" e "località". "Realismo" significa che Alice e Bob rivelano solo il colore o il meccanismo del motore che avevi scelto in passato, e "località" significa che la misurazione di Alice non può cambiare il colore o il meccanismo del motore di Bob (o viceversa). il teorema di Bell, pubblicato nel 1964 e considerato da alcuni una delle scoperte più profonde nei fondamenti della fisica, ha mostrato che le correlazioni nel mondo quantistico sono incompatibili con i due principi, un fenomeno noto come non-località quantistica.

La nonlocalità quantistica è stata confermata in numerosi esperimenti, i cosiddetti test di Bell, sugli atomi, ioni ed elettroni. Non solo ha profonde implicazioni filosofiche, ma è anche alla base di molte applicazioni come il calcolo quantistico e le comunicazioni satellitari quantistiche. Però, in tutti questi esperimenti, le particelle erano ferme o si muovevano a bassa velocità (gli scienziati chiamano questo regime "non relativistico"). Uno dei problemi irrisolti in questo campo, che ancora sconcerta i fisici, è se la nonlocalità viene preservata quando le particelle si muovono estremamente velocemente, vicino alla velocità della luce (cioè, nel regime relativistico), o quando non si muovono nemmeno a una velocità ben definita.

Per due particelle quantistiche in un test di Bell, che si muovono ad alta velocità, i ricercatori prevedono che le correlazioni tra le particelle sono, in linea di principio, ridotto. Però, se Alice e Bob adattano le loro misurazioni in un modo che dipende dalla velocità delle particelle, le correlazioni tra i risultati delle loro misurazioni sono ancora non locali. Ora, immagina che non solo le particelle si muovano molto velocemente, ma anche la loro velocità è indefinita:ogni particella si muove in una cosiddetta sovrapposizione di velocità differenti simultaneamente, proprio come il famigerato gatto di Schrödinger è contemporaneamente morto e vivo. In tal caso, la loro descrizione del mondo è ancora non locale?

Ricercatori, guidato da Časlav Brukner presso l'Università di Vienna e l'Accademia austriaca delle scienze, hanno dimostrato che Alice e Bob possono davvero progettare un esperimento che dimostrerebbe che il mondo non è locale. Per questo, hanno usato uno dei principi più fondamentali della fisica e cioè che i fenomeni fisici non dipendono dal sistema di riferimento da cui li osserviamo. Per esempio, secondo questo principio, qualsiasi osservatore, che si muova o no, vedrà che una mela caduta da un albero toccherà il suolo. I ricercatori hanno fatto un ulteriore passo avanti e hanno esteso questo principio ai frame di riferimento "attaccati" alle particelle quantistiche. Questi sono chiamati "quadri di riferimento quantistici". L'intuizione chiave è che se Alice e Bob potessero muoversi con i sistemi di riferimento quantistici insieme alle rispettive particelle, potrebbero eseguire il consueto test di Bell, poiché per loro le particelle sarebbero in quiete. In questo modo, possono dimostrare la non località quantistica per qualsiasi particella quantistica, indipendentemente dal fatto che la velocità sia indefinita o prossima a quella della luce.

Flaminia Giacomini, uno degli autori dello studio, dice, "Il nostro risultato dimostra che è possibile progettare un esperimento di Bell per particelle che si muovono in una sovrapposizione quantistica a velocità molto elevate". Il coautore, Lucas Streiter, conclude, "Abbiamo dimostrato che la nonlocalità è una proprietà universale del nostro mondo". La loro scoperta dovrebbe aprire applicazioni nelle tecnologie quantistiche, come le comunicazioni satellitari quantistiche e il calcolo quantistico, utilizzando particelle relativistiche.