Recentemente è apparso un articolo su diverse riviste che riportano la notizia di un fotone teletrasportato nello spazio, per esempio qui su The Guardian, su SapereScienza o su Futura Sciences. L’articolo originale può essere trovato qui.
Il punto che voglio sottolineare qui è che tutti quelli che pensano ad un teletrasporto alla Star Trek saranno completamente delusi. Non si tratta assolutamente di questo e nemmeno di qualcosa che gli somiglia.
Vediamo quindi di capire un po’ meglio di cosa si tratta. Eviteremo ogni formalismo matematico (anche se questo rende le cose più difficili, in realtà) cercando di spiegare di cosa si tratta nel modo più semplice possibile pur restando precisi per quello che riguarda la fisica.
Prima di iniziare abbiamo bisogno di definire alcune cose.
- In questi esperimenti si parla di particelle singole. Negli esperimenti reali si utilizzano fotoni di cui si considera la proprietà più facilmente misurabile: lo spin, che può assumere solo due valori e che saranno indicati con “su” e “giù”.
- Uno stato entangled è uno stato quantistico particolare dove due particelle hanno una relazione fra loro senza che le loro variabili abbiano un valore determinato. Per esempio, in uno stato entangled possiamo sapere che due fotoni 1 e 2 hanno spin opposto, ma non avere alcuna idea del valore reale dello spin delle singole particelle.
- Se nell’esempio precedente, noi effettuiamo una misura sulla particella 1 e troviamo spin “su”, allora istantaneamente la particella 2 avrà spin “giù”, senza che alcuna azione sia effettuata sulla particella 2 e alcun segnale scambiato.
con queste informazioni, cerchiamo di comprendere cosa accade in queste esperienze di teletrasporto. Indichiamo, come in letteratura, con Alice la persona che trasmette e con Bob la persona che riceve.
Alice vuole “teletrasportare” a Bob un fotone X, di cui non conosce esattamente lo stato. La prima cosa che fa Alice è creare uno stato entangled di due fotoni (siano 1 e 2). Alice conserva il fotone 1 e spedisce a Bob il fotone 2. Supponiamo che la relazione sia che i due fotoni 1 e 2 hanno spin opposto.
Alice crea ora uno stato entangled del fotone X che vuole trasferire con il fotone 1. Supponiamo che la relazione fra i fotoni X e 1 di questo stato sia che i due fotoni hanno spin opposto. In questo caso, la creazione dello stato entangled forza il fotone 1 ad assumere spin opposto a quello del fotone X e di conseguenza, immediatemente e sensa comunicazione il fotone 2 assume lo stesso spin del fotone X. Lo stato del fotone X di Alice è dunque stato teletrasportato nel fotone 2 di Bob.
Questo però è il principio. Nella realtà la situazione è diversa e più complessa. La teoria mostra che nel momento in cui Alice crea lo stato entangled fra il fotone X e il fotone 1, ci sono 4 stati possibili risultanti. Questo significa che la relazione fra il fotone X e il fotone 1 di Alice non è conosciuta finché non misura quale di questi 4 stati entangled è stato effettivamente ottenuto. L’informazione sullo stato del fotone X è dunque in qualche modo disponibile a Bob sul fotone 2, ma Bob non sa ancora come leggerlo per avere il risultato esatto. Se Bob decide di leggere il suo fotone ora, avrà solo il 25% di possibilità di avere il risultato corretto. Alice deve quindi inviare a Bob l’informazione di quale dei 4 stati possibili ha ottenuto, affinché questo possa applicare la trasformazione corrispondente (per esempio, se deve ribaltare o meno lo spin una volta letto) e ricavare il giusto valore per il suo fotone 2. Solo a questo punto l’informazione del fotone 2 di Bob sarà la stessa del fotone X di Alice. Questa informazione deve essere inviata attraverso un canale indipendente convenzionale, per esempio una telefonata, una lettera, un piccione viaggiatore o… un messaggio radio via onde elettromagnetiche (fotoni).
Di conseguenza, lo stato del fotone X di Alice è teletrasportato sul fotone 2 di Bob, ma solo dopo la “telefonata” di Alice (ovvero mai a una velocità superiore a quella della luce). Non si ha quindi nessun teletrasporto “istantaneo” di materia. Il teletrasporto non si effettua mai ad una velocità superiore a quella della luce e resta vincolata alla velocità delle comunicazioni classique. È esattamente la stessa cosa se Alice portasse il fotone X direttamente a Bob.
Qual è allora l’interesse di questi esperimenti? L’interesse è prevalentemente tecnico, almeno per il momento:
- Si crea e si sfrutta un’applicazione pratica di un fenomeno tipicamente quantistico: gli stati entangled.
- La sfida tecnica di creare un sistema entangled di due particelle e di poterne inviare una a distanze sempre più grandi senza provocare decoerenza, ovvero la perdita dello stato entangled. Nell’ultima esperienza riportata in questi articoli si è raggiunta una distanza di circa 1200 Km (il record precedente era di 143 km) coprendo per la prima volta una distanza nello spazio, effettuando un collegamente Terra-satellite.
- Le potenziali applicazioni nel campo della crittografia quantistica
Per cominciare a approfondire l’argomento:
Harnessing Quanta: Quantum Teleportation
Experimental Quantum Teleportation
Questo articolo è tradotto anche in fr_FR.