Il gatto di Schrödinger può essere salvato: fisici di Yale prevedono il salto quantico
Gli scienziati hanno immaginato di poter salvare il celebre micio, simbolo di imprevedibilità, anticipando i salti quantici in tempo reale.
Il gatto di Schrödinger è un noto paradosso utilizzato per illustrare il concetto di superposizione (l’abilità di due opposti stati di esistere simultaneamente) e di imprevedibilità nella fisica dei quanti.
L’apparente paradosso nasce dal fatto che in meccanica quantistica non è possibile descrivere classicamente gli oggetti, e si ricorre così ad una rappresentazione probabilistica: per mostrare il fatto che una particella può collocarsi in diverse posizioni, ad esempio, la si descrive come se essa fosse contemporaneamente in tutte le posizioni che può assumere.
Ad ogni posizione possibile corrisponde la probabilità che osservando la particella essa si trovi proprio in quella posizione: l’operazione di osservazione, tuttavia, modifica irrimediabilmente il sistema poiché una volta osservata in una posizione la particella assume definitivamente quella posizione e quindi non si trova più in una sovrapposizione di stati.
Aprendo la scatola si causa un cambiamento casuale dello stato, forzando il gatto ad essere morto o vivo: il salto quantico è il discreto (non continuo) e casuale cambiamento dello stato quando osservato.
Per un piccolo oggetto come un elettrone, una molecola o un atomo artificiale contenente informazioni quantistiche (il qubit), un salto quantico è una improvvisa transizione da uno dei suoi stati energetici discreti ad un altro: sviluppando i computer quantici, i ricercatori devono gestire così i salti dei qubits, che sono considerati la manifestazione dell’errore nel calcolo.
Il dr. Devoret ed il dr. Minev, di Yale, co-autori della ricerca spiegano:
Questi salti si verificano ogni volta che misuriamo un qubit e sono noti per essere imprevedibili nel lungo periodo: nonostante questo volevamo capire se fosse possibile ottenere un segnale di avvertimento anticipato, prima dell’accadimento del salto.
L’esperimento è effettuato irradiando con tre generatori di microonde un atomo artificiale superconduttore racchiuso in una cavità di alluminio.
Le radiazioni a microonde agitano l’atomo artificiale mentre viene osservato simultaneamente, rilevando la presenza dei salti quantici.
Il piccolo segnale quantico di questi salti può essere amplificato e monitorato in tempo reale, permettendo ai ricercatori di notare dei momenti di improvvisa assenza dei fotoni emessi dall’atomo eccitato dalle microonde; questa piccola assenza è risultata l’avvertimento di un salto quantico imminente.
L’effetto rilevato da questo esperimento, come spiegato dai due scienziati, è l’aumento della coerenza durante il salto, nonostante la sua osservazione: questa caratteristica può essere utilizzata non solo per predire il salto stesso, ma addirittura per invertirlo.
Questo è un concetto molto importante perché, mentre il salto quantico sembra essere casuale e non prevedibile, poter invertire un salto quantico significa che l’evoluzione dello stato quantico della materia possiede in parte una natura deterministica e non casuale: il salto accade sempre nello stesso prevedibile modo, nonostante il suo casuale punto di partenza.
In poche parole, possiamo paragonare i salti quantici all’eruzione di un vulcano: assolutamente imprevedibile nel lungo termine, ma tramite corretto monitoraggio possiamo con certezza rilevare un avvenimento anticipato, ed agire su di esso prima che si verifichi.
Nel caso del noto paradosso, l’implicazione della scoperta è che si possa indirettamente intuire la transizione del gatto tra lo stato “vivo” e lo stato simultaneo “vivo e morto”, intervenendo in tempo per salvare il felino.
- To catch and reverse a quantum jump mid-flight (nature.com)
- In quantum computing, doubling down on Schrödinger’s cat (news.yale.edu)
- Paradosso del gatto di Schrödinger (it.wikipedia.org)
- Physicists can predict the jumps of Schrödinger’s cat (and finally save it) (science daily.org)
