Infografica che spiega l'esperimento. Credito:RIKEN
Uno studio teorico mostra che l'entanglement a lungo raggio può effettivamente sopravvivere a temperature superiori allo zero assoluto, se vengono soddisfatte le condizioni corrette.
L'informatica quantistica è stata indicata come il prossimo passo rivoluzionario nell'informatica. Tuttavia i sistemi attuali sono praticamente stabili solo a temperature prossime allo zero assoluto. Un nuovo teorema di una collaborazione di ricerca giapponese fornisce una comprensione di quali tipi di entanglement quantistico a lungo raggio sopravvivono a temperature diverse da zero, rivelando un aspetto fondamentale dei fenomeni quantistici macroscopici e guidando la strada verso un'ulteriore comprensione dei sistemi quantistici.
Quando le cose diventano piccole, fino alla scala di un millesimo della larghezza di un capello umano, le leggi della fisica classica vengono sostituite da quelle della fisica quantistica. Il mondo quantistico è strano e meraviglioso, e c'è molto al riguardo che gli scienziati devono ancora capire. Gli effetti quantistici su larga scala o "macroscopici" svolgono un ruolo chiave in fenomeni straordinari come la superconduttività, che è un potenziale punto di svolta nel trasporto di energia futuro, nonché per il continuo sviluppo dei computer quantistici.
È possibile osservare e misurare la "quantità" a questa scala in sistemi particolari con l'aiuto dell'entanglement quantistico a lungo raggio. L'entanglement quantistico, che Albert Einstein una volta descrisse notoriamente come "azione spettrale a distanza", si verifica quando un gruppo di particelle non può essere descritto indipendentemente l'uno dall'altro. Ciò significa che le loro proprietà sono collegate:se riesci a descrivere completamente una particella, saprai anche tutto sulle particelle con cui è impigliata.
L'entanglement a lungo raggio è fondamentale per la teoria dell'informazione quantistica e la sua ulteriore comprensione potrebbe portare a una svolta nelle tecnologie di calcolo quantistico. Tuttavia, l'entanglement quantistico a lungo raggio è stabile a condizioni specifiche, ad esempio tra tre o più parti ea temperature vicine allo zero assoluto. Cosa succede ai sistemi entangled a due parti a temperature diverse da zero? Per rispondere a questa domanda, i ricercatori del RIKEN Center for Advanced Intelligence Project, Tokyo, e della Keio University, Yokohama, hanno recentemente presentato uno studio teorico in Physical Review X che descrive l'entanglement a lungo raggio a temperature superiori allo zero assoluto in sistemi bipartiti.
"Lo scopo del nostro studio era identificare una limitazione sulla struttura dell'entanglement a lungo raggio a temperature arbitrarie diverse da zero", spiega Tomotaka Kuwahara, team leader di RIKEN Hakubi, uno degli autori dello studio, che ha condotto la ricerca mentre era al Progetto RIKEN Centro per l'Intelligenza Avanzata. "Forniamo semplici teoremi no-go che mostrano quali tipi di entanglement a lungo raggio possono sopravvivere a temperature diverse da zero. A temperature superiori allo zero assoluto, le particelle in un materiale vibrano e si muovono a causa dell'energia termica, che agisce contro l'entanglement quantistico. A temperature arbitrarie diverse da zero, nessun entanglement a lungo raggio può persistere solo tra due sottosistemi".
I risultati dei ricercatori sono coerenti con le precedenti osservazioni secondo cui l'entanglement a lungo raggio sopravvive a una temperatura diversa da zero solo quando sono coinvolti più di tre sottosistemi. I risultati suggeriscono che questo è un aspetto fondamentale dei fenomeni quantistici macroscopici a temperatura ambiente e che i dispositivi quantistici devono essere progettati per avere stati entangled multipartiti.
"Questo risultato ha aperto le porte a una comprensione più profonda dell'entanglement quantistico su grandi distanze, quindi questo è solo l'inizio", afferma il professor Keijo Saito della Keio University, coautore dello studio. "Miriamo ad approfondire la nostra comprensione della relazione tra entanglement quantistico e temperatura in futuro. Questa conoscenza stimolerà e guiderà lo sviluppo di futuri dispositivi quantistici che funzionano a temperatura ambiente, rendendoli pratici."
Mentre i dispositivi quantistici che funzionano a temperature ambiente stabili sono ancora agli inizi, l'entanglement quantistico sembra destinato a "legare" il futuro di questo campo. + Esplora ulteriormente
