Quantum Entanglement (Correlazione Quantica).

Il quantum entanglement consiste nel fatto che se due oggetti quantistici, particelle o fotoni, hanno avuto origine in un punto dello spazio-tempo da un evento che abbia prodotto una correlazione iniziale, per esempio tra gli spin, paralleli o antiparalleli, o tra i piani di oscillazione dei campi elettrici delle onde elettromagnetiche associate a due fotoni, cioè tra i relativi stati di polarizzazione, questa correlazione iniziale si manterrà sempre (entanglement, 'non-separabilità'), indipendentemente dalla distanza, metri o anni luce, che separa i due oggetti quantistici che si sono allontanati dal punto in cui sono stati generati. Se si misura lo stato quantico di uno dei due oggetti correlati, a causa dell' ineliminabile perturbazione introdotta dal sistema di misura, si determina una variazione dello stato quantico, che si trasmette istantaneamente a distanza, per effetto della correlazione, all'altro oggetto. Se, per esempio, lo spin di una particella fosse invertito per mezzo di un campo magnetico utilizzato nell'apparato di misura, si invertirebbe istantaneamente anche lo spin dell'altra particella.
Un fenomeno analogo si verificherebbe se, generati due raggi laser correlati,cioè polarizzati perpendicolarmente tra loro, il piano di polarizzazione di uno di essi venisse ruotato di un certo angolo facendolo propagare attraverso un cristallo birifrangente; anche il piano di polarizzazione dell'altro routerebbe istantaneamente dello stesso angolo.
Questo misterioso comportamento si può spiegare, nel caso di due fotoni correlati, considerando che, essendo essi indistinguibili, in ciascun raggio ogni fotone si trova in uno stato di polarizzazione al quale si sovrappone lo stato di polarizzazione del fotone ad esso correlato, facente parte dell'altro raggio; questo è perfettamente compatibile con i principi della meccanica quantistica, in base ai quali un oggetto del microcosmo può trovarsi in uno stato quantico risultante dalla sovrapposizione di tanti stati quantici.
E' come se i due fotoni, pur propagandosi a distanza ed in direzioni diverse, si scambiassero istantaneamente informazioni sui loro stati di polarizzazione.
Al quantum entanglement è direttamente collegato il teletrasporto , che è un fenomeno quantistico che si verifica come conseguenza del fatto che tutte le particelle dello stesso tipo sono indistinguibili l'una dall'altra, conformemente al principio d' indeterminazione di Heisenberg, che impedisce di determinare la traiettoria di una particella. Questo principio infatti non consente, se è nota la posizione di una particella in un dato istante, di determinarne la posizione negli istanti successivi, e quindi di seguirne il moto per identificarla, a differenza di quanto si verifica nella realtà fisica degli oggetti macroscopici.

Il teletrasporto consiste nel fenomeno di correlazione quantistica a distanza tra coppie di particelle identiche, che rende possibile trasferire a distanza stati quantici di particelle elementari, di fotoni e di atomi.
Mentre nei film di fantascienza sono gli esseri umani ad essere teletrasportati, il che è pura fantasia, negli esperimenti effettuati dal gruppo di H. Bennett, presso l’IBM nel 1993, e dai gruppi di Anton Zeilinger dell’ Università di Innsbruck e di Francesco De Martini dell’Università ”La Sapienza” di Roma ) nel 1997 , finora si è solo riusciti a teletrasportare lo stato quantico (la polarizzazione) di un fotone tra due punti distanti qualche decina di metri, o tra due laboratori distanti qualche chilometro e collegati con cavi a fibre ottiche.
Questi esperimenti di ottica quantistica utilizzano due raggi laser correlati, ottenuti cioè da un unico raggio mediante un cristallo birifrangente e caratterizzati dal fatto che , se uno dei due è polarizzato verticalmente, l'altro lo è orizzontalmente.
Pertanto anche i fotoni dei due raggi, pur propagandosi in direzioni diverse,conservano sempre la correlazione iniziale, ed essendo indistinguibili, danno origine a fenomeni che i fisici chiamano quantum entanglement.


TELETRASPORTO DI STATI QUANTICI FOTONICI

Per realizzare il teletrasporto si impiegano due fasci laser correlati A e B, che si propagano in direzioni diverse e si accoppia otticamente ad uno di essi, mediante un separatore di fascio a prismi (o con specchi semiriflettenti) e cristalli polarizzatori, un fascio laser C contenente un' informazione, associata all'angolo formato dal relativo piano di polarizzazione con un dato piano di riferimento. L'esperimento di teletrasporto consiste nel verificare che, se dal lato A l'informazione immagazzinata nel fascio C non è più disponibile dopo l'accoppiamento con il fascio A [poiché, per il principio d'indeterminazione, l'accoppiamento dei due fasci equivale ad effettuare una misura che distrugge gli stati quantici (di polarizzazione) iniziali, generando come risultato un nuovo stato quantico risultante da una combinazione degli stati iniziali], contemporaneamente la stessa informazione venga acquisita dal fascio correlato B, dal quale sarà possibile, successivamente, recuperarla dopo avere ricevuto dalla stazione trasmittente, via radio o con qualsiasi altro sistema di telecomunicazione, i risultati delle misure effettuate sui fasci A e C . E importante precisare che ha luogo soltanto un teletrasporto di informazione, non di materia. Infatti, attraverso i fasci laser correlati A e B, vengono teletrasferite a B soltanto le variazioni di stato quantico subite da A. In altri termini gli stati di polarizzazione dei fotoni del fascio B vengono modificati in base all'informazione che viene teletrasportata attraverso il quantum entanglement. E così anche nel futuribile teletrasporto di molecole, gli atomi che compongono le molecole dovranno essere disponibili,allo stato libero,nella stazione ricevente, in quanto verranno teletrasportati soltanto gli stati quantici necessari alla formazione dei legami chimici di una data molecola. Supponiamo, per esempio, che l'inclinazione del piano di polarizzazione del fascio C, da riprodurre a distanza, assuma, in sequenza, in base ad una data codifica, n valori. Dopo l'accoppiamento tra i fasci A e C e la conseguente sovrapposizione dei loro stati di polarizzazione, i piani di polarizzazione dei fotoni uscenti dal separatore di fascio, saranno sempre perpendicolari tra loro, essendo perpendicolari tra loro i piani di polarizzazione imposti dal separatore di fascio del trasmettitore, mentre il piano di polarizzazione del fascio B, sempre a 90° rispetto a quello del fascio A per effetto della correlazione iniziale, assumerà, in sequenza, come per effetto di un' azione a distanza, le stesse inclinazioni assunte, in sequenza, dal piano di polarizzazione del fascio C, non consentendo tuttavia di acquisire in chiaro i dati trasmessi. Ma è importante considerare che, anche se le variazioni degli stati quantici del fascio B non mostrano in chiaro i dati immagazzinati nel fascio C, un computer quantistico, basato non sui classici bit a due valori, ma sui qubit (quantum bit, bit quantistici generati da tutte le possibili combinazioni degli stati 0 e 1) potrebbe benissimo elaborarle, senza bisogno di attendere la ricezione dei dati con convenzionali sistemi di telecomunicazione per avere la conferma che il teletrasporto sia riuscito. In particolare, per effetto della correlazione quantistica, i dati inseriti nel fascio C sotto forma di sequenza di angoli di polarizzazione, determinano sia nel trasmettitore che nel ricevitore, uguali sequenze di conteggi dei fotoni rilevati da ciascuna coppia di contatori." Bisogna considerare che il teletrasporto avviene senza che siano violati nè il principio d’indeterminazione nè quello relativistico di impossibilità di superamento della velocità della luce . Il principio di Heisenberg non viene violato , in quanto, dopo l'accoppiamento dei fasci A e C, si può soltanto dire che i relativi fotoni sono polarizzati in piani perpendicolari tra loro, senza conoscere tuttavia i loro stati di polarizzazione, per l'indistinguibilità delle particelle identiche, imposta appunto dal suddetto principio .
E neppure i principi della teoria della relatività vengono violati, in quanto il teletrasporto implica soltanto il trasferimento istantaneo della variazione dell'inclinazione del piano di polarizzazione del fascio A per effetto dell'accoppiamento con il fascio C, senza alcuna possibilità di trasferire istantaneamente informazione e quindi di acquisire i bit, se non dopo la trasmissione dei dati delle misure da A a B, via radio o con altro mezzo, quindi sempre con velocità minore o uguale a quella della luce. Sulla base dei risultati ottenuti, non si può escludere a priori di poter teletrasportare in un prossimo futuro microcristalli, oppure di costruire nuovi sistemi di elaborazione, di telecomunicazione e di crittografia. Il teletrasposto di oggetti macroscopici o addirittura di esseri viventi appartiene invece , almeno per ora, alla fantascienza.

Per altre informazioni: it.wikipedia.org/wiki/Entanglement_quantistico