Gattini di Schroedinger per il computer del futuro

L’esperimento di un’équipe francese dimostra la realizzabilità di stati quantistici fondamentali per aprire la strada verso un computer quantistico universale.

Era il 1935 quando Erwin Schroedinger, uno dei padri della meccanica quantistica, ideò una metafora paradossale per illustrare la differenza concettuale tra la fisica classica e la sua nuova scienza. Molti la conosceranno già, lasciatemi però ricordarla per chi ancora ne fosse all’oscuro. Prendiamo un gatto e mettiamolo in una scatola chiusa, senza alcuna apertura sul mondo esterno. Nella scatola mettiamo anche una boccetta di vetro contenente del veleno vaporizzabile e altamente nocivo, e colleghiamone il tappo attraverso un meccanismo opportuno a un interruttore radioattivo. La boccetta sarà aperta dal verificarsi di un evento quantistico, ovvero il decadimento dell’isotopo radioattivo che funge da interruttore. Nell’accezione classica della realtà, il gatto nella scatola può essere solo vivo oppure morto. Nell’accezione quantistica, invece, la sua esistenza diventa la sovrapposizione delle due possibili condizioni, che tiene in conto delle due possibilità (gatto vivo oppure gatto morto) con delle ampiezze di probabilità legate all’evento quantistico di decadimento dell’isotopo (ovvero la sua trasformazione in un atomo con peso atomico inferiore, accompagnata dall’emissione di una certa quantità di energia). Solo a seguito dell’apertura della scatola potremo determinare l’effettivo stato di salute del gatto: a quel punto la “misura” farà collassare la sua funzione d’onda su uno solo dei due stati possibili, legati all’occorrenza o meno del decadimento dell’isotopo, e della conseguente vaporizzazione del veleno. Prima che lo si possa osservare, però, il gatto resterà sospeso in una situazione di indeterminazione, potendo essere sia vivo che morto.



Il risultato, sorprendente, sconvolse i fisici dell’epoca e continua a suscitare scalpore, perché l’idea di un gatto che sia al contempo vivo e morto esula dalla nostra consueta percezione dei fenomeni fisici. Il paradosso della duplice condizione esistenziale del gatto è in realtà una conseguenza dell’applicazione di dinamiche quantistiche (quali appunto i fenomeni di decadimento che interessano gli isotopi radioattivi) a oggetti macroscopici, ma riassume bene le difficoltà poste dalla tecnologia agli scienziati indaffarati nella creazione del primo computer quantistico. L’esperimento concettuale di Schroedinger esprime con un’immagine efficace e immediata la natura probabilistica dei processi fisici a livello quantistico. Finora, tuttavia, nessuno era riuscito a realizzare nella pratica un esperimento che fosse la sua esatta riproduzione. Ci è riuscita nei mesi scorsi un’équipe francese, servendosi misericordiosamente non di un gatto bensì di un’onda piana emessa da un laser, che ai fini dell’esperimento assolveva al ruolo di oggetto classico. L’importanza dello studio è stata di dimostrare la possibilità, per un oggetto classico com’è uno stato coerente (l’onda piana del laser) che può stare in una serie di stati diversi l’uno dall’altro, di trovarsi in una combinazione probabilistica di questi stati. I diversi stati erano nel caso in questione due fasi distinte dell’onda: il risultato è stato ottenuto realizzando uno stato squeezed (letteralmente: ristretto, compresso, collassato) attraverso un cristallo nonlineare, da cui è stato sottratto un fotone.



Va detto a onor del vero che la differenza tra le due fasi non era molto grande, e pertanto i due stati potevano essere considerati molto vicini: non si tratta quindi di un vero gatto di Schroedinger, ma piuttosto, come lo hanno definito gli stessi ricercatori impegnati sul progetto, dimostrando un indubbio senso dell’umorismo oltre che della misura, di un “gattino di Schroedinger”. L’esperimento, molto delicato perché potrebbe essere compromesso dalla minima imperfezione strutturale del cristallo, rappresenta un primo passo importante. Nell’articolo pubblicato su Science gli autori suggeriscono infatti un metodo che potrebbe far crescere il “gattino” fino a trasformarlo in “gatto” vero e proprio: diversi studi teorici affermano che un gatto di Schroedinger sarebbe l’unità funzionale di base nella costruzione di un computer quantistico universale, capace di compiere tutte le operazioni logiche fondamentali.

fonte: "Fantascienza.com"

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