CULTURA

Meccanica quantistica da laboratorio

CULTURA – Per la prima volta un gruppo di ricercatori italiani è riuscito a ricostruire sperimentalmente un apparato di misura quantistico attraverso la matrice che lo descrive, cioè una specie di tabellina chiamata POVM (Positive Operator Valued Measure), i cui numeri forniscono la descrizione completa delle prestazioni dello strumento.

“La ricostruzione precisa degli operatori corrispondenti alle misure realmente effettuate nei laboratori costituisce un importante prerequisito sia per esperimenti legati alla ricerca fondamentale che per le nascenti tecnologie quantistiche, quali informazione, imaging e metrologia quantistica,” dice Marco Genovese, il coordinatore del gruppo di ricercatori dell’Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica di Torino (INRIM) che ha ottenuto il risultato in collaborazione con l’Università di Milano.

In tutta la fisica, e nelle scienze in generale, la misura, intesa come procedura di acquisizione dati che conduce alla conferma o alla smentita delle ipotesi di partenza, è un aspetto cruciale. Ma diventa una faccenda delicatissima, che coinvolge anche questioni al limite della filosofia, quando si entra nel campo della meccanica quantistica. Infatti, se gli oggetti da misurare sono molto piccoli, atomici o subatomici, l’atto stesso della misura disturba e modifica l’oggetto stesso perché, per esempio, questo interagisce con la lunghezza d’onda della luce con la quale lo si vuole osservare.

Ci sono poi delle incertezze intrinseche al processo di misura, riassunte nel principio di indeterminazione che stabilisce un limite fondamentale nella precisione con cui si possono misurare coppie di proprietà fisiche delle particelle, per esempio posizione e velocità. In sostanza il principio di indeterminazione afferma che non è possibile arrivare a una completa determinazione di ciò che accade nello spazio e nel tempo, non per incapacità umana o per un limite tecnologico superabile, ma per come è fatto il mondo quantistico intrinsecamente.

Per molto tempo le matrici POVM erano rimaste uno strumento teorico, lontane dalla realtà dei laboratori. Poi lo sviluppo di tecnologie innovative le ha trasformate in uno strumento sperimentale. Finora però questi metodi erano stati applicati in modo piuttosto grezzo. Mentre la nuova ricerca, che ha utilizzato uno schema che sfrutta le correlazioni quantistiche note come entanglement, ricostruisce effettivamente con affidabilità le prestazioni di un dato rivelatore. Rappresenta un bel passo avanti nella capacità di caratterizzazione quantistica dei sensori che è fondamentale per la realizzazione di applicazioni della meccanica quantistica, come il trattamento e la trasmissione di informazione, la metrologia, l’imaging e la tomografia quantistica.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Physical Review Letters 108, 253601 (2012).

Crediti immagine: Giorgio Brida (Flickr)

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