Fisica quantistica: il gatto di Schrödinger ora pesa 16 microgrammi
Una pietra preziosa sulle orme del gatto di Schrödinger: i fisici hanno messo uno zaffiro del peso di 16 microgrammi in una sovrapposizione di due stati di oscillazione. Un nuovo record.
Un cristallo di zaffiro del peso di 16 microgrammi è l'oggetto più grande mai esistito in una sovrapposizione quantomeccanica di due stati vibrazionali. Un team guidato da Matteo Fadel del Politecnico di Zurigo ha eccitato il cristallo in modo che gli atomi oscillassero avanti e indietro - in quella che è nota come superposizione, vibrano contemporaneamente in due direzioni opposte. Come riporta il gruppo di ricerca su "Science", questo stato corrisponde all'esperimento di pensiero del gatto di Schrödinger, che è contemporaneamente vivo e morto a seconda del decadimento di un atomo che distrugge una fiala di veleno. Questi "stati gatto" macroscopici hanno lo scopo di aiutare a spiegare come e perché le leggi del mondo quantistico sovrastano le regole della fisica classica negli oggetti più grandi.
Per far sì che lo zaffiro (il gatto), composto da circa cento quadrilioni di atomi, si comporti come un oggetto meccanico quantistico, il gruppo di ricerca lo ha messo in oscillazione e lo ha accoppiato a un circuito superconduttore (l'atomo dell'esperimento di pensiero di Schrödinger). Questo corrisponde a un qubit: si trova quindi contemporaneamente negli stati "0" e "1". La sovrapposizione viene poi trasferita all'oscillazione del cristallo: gli atomi nel cristallo possono quindi muoversi in due direzioni contemporaneamente, ad esempio verso l'alto e verso il basso - proprio come il gatto di Schrödinger è morto e vivo allo stesso tempo. L'importante è che la distanza tra i due stati sia maggiore dell'incertezza quantomeccanica. Con il supercristallo, gli atomi possono muoversi in due direzioni contemporaneamente, ad esempio verso l'alto e verso il basso. Con il qubit superconduttore, i ricercatori sono riusciti a determinare anche la distanza tra i due stati vibrazionali del cristallo. Con un miliardesimo di nanometro, la distanza è minima, ma comunque abbastanza grande da distinguere i due stati l'uno dall'altro senza ombra di dubbio.
La sovrapposizione di due stati vibrazionali è un'operazione che non ha nulla a che vedere con l'incertezza meccanica.
Tali sovrapposizioni di stati classicamente incompatibili sono comuni negli oggetti della meccanica quantistica. Gli oggetti macroscopici composti da moltissimi atomi, invece, obbediscono normalmente alla meccanica classica: non possono assumere due stati contraddittori allo stesso tempo. Così come un gatto non può essere vivo e morto allo stesso tempo, un cristallo non può oscillare su e giù allo stesso tempo. Il grande rompicapo, tuttavia, è il motivo per cui in genere non può farlo. Perché a prescindere dalle dimensioni di un oggetto, questo è composto da atomi e particelle subatomiche che obbediscono alle regole della fisica quantistica.
Ci sono un'infinità di possibili spiegazioni sul perché gli oggetti grandi non lo fanno. Ad esempio, perché con l'aumentare del numero di atomi, sempre più influenze causano il decadimento degli stati quantistici. Oppure la gravità potrebbe giocare un ruolo importante. La speranza è che "stati gatto" sempre più grandi possano contribuire a risolvere finalmente il mistero del gatto di Schrödinger. Inoltre, gli stati quantistici macroscopici stabili e controllabili sono anche di interesse tecnico, ad esempio per i processi di correzione degli errori nei computer quantistici sempre più complessi.
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Immagine di copertina: Shutterstock / Andrew Kozeko
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