I fisici che si occupano di tecnologie quantistiche sono sempre alla ricerca di modi per controllare il fenomeno della decoerenza, che si verifica quando un sistema quantistico interagisce inevitabilmente con l’ambiente circostante e che provoca la perdita delle fondamentali proprietà quantistiche, come il principio di sovrapposizione o le peculiari correlazioni a distanza.
Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto che alcuni tipi di correlazioni quantistiche possono essere “congelate” in uno stato costante e rimanere tali in presenza di rumore, offrendo potenzialmente un meccanismo di protezione contro la decoerenza. Finora, tuttavia, il congelamento quantistico ha dimostrato di esistere solo caso per caso ed in determinate condizioni, e il suo potenziale effetto protettivo non è stato sfruttato appieno.
Ora, in un nuovo lavoro pubblicato sulla rivista internazionale Scientific Reports del Nature Publishing Group, il dr. Rosario Lo Franco (nella foto) del Dipartimento di Fisica e Chimica dell’Università di Palermo, in collaborazione con fisici teorici delle Università di Nottingham (UK) e di Salerno, ha dimostrato che il congelamento delle correlazioni quantistiche è universale, cioè, è indipendente dal metodo utilizzato per misurare le correlazioni. Lavorando su questa dimostrazione, gli scienziati hanno anche scoperto che può essere possibile non solo evitare ma anche invertire gli effetti di decoerenza, in determinate circostanze, che essi mostrano tramite l’esistenza di un nuovo fenomeno modellato da un canale di rifasamento globale.
«Il più grande significato del lavoro è quello di dimostrare – dice Lo Franco – che una forma generale di correlazioni quantistiche deve rimanere congelata e protetta in presenza degli effetti, tipicamente distruttivi, di decoerenza. Questo fatto implica che qualsiasi misura ben definita di correlazioni quantistiche deve congelare durante l’evoluzione sotto le stesse condizioni. Il nostro lavoro sembra quindi risolvere il dibattito circa l’universalità del fenomeno di congelamento delle correlazioni quantistiche basate su una proprietà nota come quantum discord».
Oggi vi è un consenso generale che tutte le correlazioni quantistiche tra due sistemi in uno stato puro siano date dall’entanglement, un “intreccio indissolubile” tra le due parti del sistema valido anche a enormi distanze.
In realtà l’entanglement può rappresentare una parte trascurabile di tutte le correlazioni quantistiche perché non tutti gli stati sono puri. Quando due sistemi sono esposti ad un ambiente esterno, essi saranno generalmente in uno stato non puro (misto), che può non possedere entanglement. Di conseguenza, le correlazioni quantistiche tra questi sistemi possono manifestarsi in una forma più generale di correlazioni quantistiche basate sul “quantum discord”, o “discordia quantistica”.
Dato che i sistemi quantistici realistici spesso coinvolgono gli stati misti, le correlazioni-discord sono molto più diffuse dell’entanglement, anche se non sono ancora del tutto comprese. In questo contesto, il fenomeno di congelamento è particolarmente interessante perché è esibito specificamente dalle correlazioni-discord, mentre una simile caratteristica per l’entanglement rimane elusiva. In questo senso, il congelamento può essere considerato una forma estrema di resilienza al rumore, in quanto potrebbe teoricamente consentire qualsiasi protocollo quantistico con una performance che è completamente inalterata dal rumore. Tale protezione sarebbe estremamente interessante per gli sviluppi futuri delle tecnologie quantistiche, che includono comunicazione, calcolo, rilevamento di segnali e metrologia.
Post correlati
A proposito dell'autore
