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Temporal Quantum Correlations

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In che modo il tempo potrebbe sbloccare il mondo quantistico

La misurazione degli atomi nel corso del tempo potrebbe fornire ai fisici una migliore comprensione del mondo su scala quantistica e condurre a nuove possibilità nell’ambito del calcolo quantistico e della crittografia.

Ricerca di base icon Ricerca di base

La meccanica quantistica, ovvero la teoria che illustra le proprietà fisiche della natura a livello di atomi e particelle subatomiche, si rivela misteriosa, affascinante e talvolta sconcertante. Ciò è dovuto in parte al fatto che le leggi che disciplinano la fisica classica non sono semplicemente in grado di spiegare appieno quello che accade su questa scala. «La teoria della meccanica quantistica iniziò a essere sviluppata circa un secolo fa, quale strumento per chiarire le proprietà degli atomi», spiega il coordinatore del progetto TempoQ, Otfried Gühne dell’Università di Siegen, in Germania. «Si trattava decisamente di una teoria fondamentale. Allora, negli anni ottanta e novanta del secolo scorso, alcuni ricercatori cominciarono a rendersi conto che la meccanica quantistica poteva avere ripercussioni sull’elaborazione delle informazioni.» In particolare, i fisici scoprirono che gli algoritmi eseguiti su un computer quantistico (un dispositivo che sfrutta le proprietà generali degli stati quantistici) erano in grado di risolvere determinati problemi più velocemente rispetto a un computer tradizionale. Inoltre, gli scienziati dimostrarono che era possibile utilizzare i fenomeni quantistici nella crittografia per rendere ancora più sicura la comunicazione delle informazioni. «Oltre a ciò, sono stati compiuti alcuni importanti sviluppi sul versante delle sperimentazioni», aggiunge Gühne. «Nel corso degli ultimi decenni, alcuni ricercatori sono riusciti a intrappolare e a manipolare singoli atomi.»

Correlazioni temporali

Il progetto TempoQ, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, intendeva basarsi su questi sviluppi, sia dal punto di vista della teoria che della sperimentazione, allo scopo di analizzare fenomeni specifici su scala quantistica. Mentre numerosi ricercatori si sono concentrati sullo studio delle correlazioni spaziali tra gli atomi per comprendere meglio la meccanica quantistica, Gühne e il suo gruppo hanno invece deciso di esaminare le correlazioni temporali. In altri termini, sono state effettuate misurazioni dello stesso atomo in diversi periodi temporali. In seguito, Gühne e il suo gruppo hanno esaminato ciò che queste misurazioni potrebbero rivelare a proposito del mondo quantistico. «Questo progetto si è dimostrato di grande importanza, nonché più vicino alla matematica rispetto a qualsiasi applicazione pratica di per sé», osserva Gühne. «In particolare, ci interessava individuare determinate misurazioni che sarebbe possibile spiegare solo tramite la teoria quantistica.»

Scoperte quantistiche

Gli esperimenti svolti da Gühne e dal suo gruppo hanno fatto progredire una teoria generale delle correlazioni temporali a livello quantistico, contribuendo a comprovare alcune proprietà quantistiche che la teoria fisica classica non sarebbe stata capace di dimostrare. «Il carattere fondamentale di TempoQ ci ha inoltre permesso di affrontare alcuni interrogativi aperti sulla natura della meccanica quantistica», afferma Gühne. «Ciò non era previsto all’inizio del progetto, ma siamo effettivamente riusciti a risolvere una congettura relativa alle correlazioni temporali quantistiche che era in circolazione da ben 25 anni. Il ricercatore post-dottorato che ha lavorato su questo argomento ha persino vinto un premio per questa scoperta.» Il successo del progetto ha inoltre rafforzato il profilo del gruppo di ricerca di Gühne, contribuendo ad attirare ricercatori e docenti nel laboratorio. Sebbene la ricerca non sia sfociata in soluzioni innovative o prodotti immediatamente individuabili, Gühne spiega il motivo per cui la scienza fondamentale svolge un ruolo così determinante. «Innanzitutto, la ricerca di base è di per sé interessante», osserva. «Se si pensa all’attività di ricerca iniziale su questioni quali la crittografia e il calcolo quantistici negli anni ottanta, risulta evidente che tutto ciò aveva un carattere speculativo e teorico. Ad esempio, i laser, che sono utilizzati in numerosi settori, costituivano un ambito della ricerca fondamentale fino agli anni sessanta; ed è stato solo allora che si cominciò a prendere in esame possibili applicazioni.» A tale proposito, Gühne ritiene che il progetto TempoQ abbia contribuito in maniera rilevante al settore della teoria quantistica, per cui le applicazioni future nel calcolo, nella crittografia e in altri ambiti potrebbero un giorno trasformare la nostra vita.

Parole chiave

TempoQ, quantistico, fisica, calcolo, crittografia, meccanica, atomi, laser

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