Non avrei immaginato che potessero venire pubblicati altri articoli legati a quello spiegato nel post precedente in così poco tempo, ma tanto meglio. Così possiamo vedere come procedono i lavori nel campo dell’entanglement.

Riprendo brevemente quanto riportato nel blog precedente (nell’episodio precedente di… se fosse un telefilm). Avevamo introdotto il concetto di entanglement, effetto quantistico secondo il quale tra 2 particelle “preparate in un certo modo” si crea un legame che le unisce indipendentemente dalla distanza che le separa. Le future tecnologie (non molto lontane ormai) che sfrutteranno questo fenomeno permetteranno di trasportare informazione istantaneamente da un luogo a un altro, usando cioè il teletrasporto, che (è sempre bene da notare) sarà “solo” di informazione e non di materia alla Star Trek. Avevamo visto inoltre che, a differenza di altri esperimenti in vuoto, in un recente esperimento [1] è stato prodotto, per la prima volta, un sistema entangled su stato solido, aprendo le porte alle tecnologie di cui sopra.

Quello che non avevamo specificato è che lo stato solido in questione (o substrato) è il diamante drogato con azoto, cioè diamante in cui alcuni atomi di carbonio vengono sostituiti da atomi di azoto. Al di là dei motivi per i quali questo materiale si presta allo studio di questi fenomeni, uno dei risultati importanti di quell’esperimento [1] è che la produzione di stati entangled che restano tali per un certo definito tempo (qualche microsecondo) rappresenta la produzione di un sistema del quale si può predire l’evoluzione nel tempo in modo deterministico.

Entriamo un po’ nel dettaglio. Cosa significa “conservare lo stato entangled”? In poche parole, significa “non interagire con l’ambiente esterno”. Facciamo un esempio. Credo che tutti abbiamo giocato da piccoli con quelle molle che, se spinte giù da una scala, continuavano a scendere tutti i gradini. Supponiamo di avere una di queste molle e di attaccarvi un pezzo di carta con scritto un messaggio da far recepire ad un amico in fondo alla scala. Diamo una spinta alla molla e questa arriva tranquilla a destinazione con il suo carico di informazione. In meccanica quantistica questo tipo di trasporto si definisce coerente (ed è alla base, ad esempio, della formazione di energia nelle foglie delle piante). Ora, supponiamo di modificare la scala. Mettiamo della colla su un gradino, ne abbassiamo un altro, e così via, e supponiamo che si stacchi una parte del foglietto di carta ogni volta che la molla tocca un gradino che ha qualche imperfezione. Lanciamo ora la molla. Quando questa arriverà al nostro amico (se vi arriverà) del nostro foglietto ne resterà che qualche brandello, gli altri appiccicati alla colla o persi in gradini troppo alti o troppo bassi. In meccanica quantistica questo trasporto si dice incoerente e si ha perdita di informazione perché si ha interazione con l’ambiente esterno (le scale in questo caso) che si prende parte dell’informazione stessa.

Il grosso risultato dell’esperimento [1] del quale ho parlato l’ultima volta è la creazione di qubits vicini senza interazione con l’ambiente esterno, cioè col diamante, per qualche microsecondo. Questo significa che, potenzialmente, il trasporto di informazione può essere coerente. La difficoltà sta nel produrre qubits spazialmente separati, il che richiede una notevole precisione, e mantenerne lo stato entangled in vita per periodi di tempo maggiori. In un altro esperimento [2] è stato fatto un passo in avanti in questa direzione. Partendo dal diamante e lavorando a temperatura ambiente, si è riusciti a inserire azoto in maniera molto più precisa di prima e in modo periodico (anche se ancora non perfetta), permettendo la creazione di qubits entangled separati da diversi nanometri. Inoltre, attraverso l’inserimento di un campo magnetico si è riusciti a isolare i qubits dall’ambiente esterno per più di 3 millisecondi (1000 volte più a lungo che in [1]), avvicinando così il momento in cui il teletrasporto su stato solido sarà possibile. Allungando inoltre il tempo di vita dei qubits, si aprono le porte a possibili tecnologie basate sempre su diamante come simulatore quantistico, ma questa è un’altra storia, che racconteremo nella prossima puntata..

[1] W. Pfaff et. al., Nature Physics, 9, 29-33 (2013).

[2] F. Dolde et. al., Nature Physics, 9, 139-143 (2013).