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Tag: Quantenphysik

  • Ascolti come gli atomi quantici parlano tra loro

    Ascolti come gli atomi quantici parlano tra loro

    Nei laboratori dell’EPFL di Losanna si sta creando una pietra miliare della scienza. Un sistema acustico che permette di simulare i fenomeni quantistici a livello udibile e macroscopico. È stato sviluppato dallo studente di dottorato Mathieu Padlewski insieme ai ricercatori Hervé Lissek e Romain Fleury. L’obiettivo è quello di rendere accessibili gli stati altamente complessi della materia condensata, non attraverso gli elettroni, ma attraverso le onde sonore.

    Metamateriale come piattaforma di ricerca
    Il sistema si basa su un cosiddetto metamateriale acustico, una struttura artificiale composta da 16 cubi interconnessi. I ricercatori utilizzano altoparlanti e microfoni integrati per generare e misurare onde sonore specifiche. Questi ‘atomi acustici’ possono essere configurati in modo flessibile per modellare un’ampia varietà di fenomeni fisici, compresi quelli che vanno oltre il regno della fisica classica dello stato solido.

    Il gatto di Schrödinger diventa udibile
    A differenza delle onde quantistiche reali, che vengono distrutte da ogni misurazione, le onde acustiche possono essere osservate e analizzate direttamente. Questo permette di sperimentare nel suono il concetto quantistico di sovrapposizione, simboleggiato dal gatto di Schrödinger. Proprio come una voce è composta simultaneamente dalla frequenza fondamentale e dalle armoniche, il sistema dell’EPFL può rendere udibili e misurabili contemporaneamente molti “stati acustici”.

    Dalla fisica all’applicazione
    I potenziali campi di applicazione vanno dallo sviluppo di nuovi tipi di sistemi di controllo energetico alla diagnostica medica. Il metamateriale potrebbe essere sintonizzato su frequenze specifiche, simili all’orecchio interno umano. Un modo possibile per ricercare disturbi dell’udito come il tinnito. Ancora più ambizioso è l’obiettivo a lungo termine di un “computer analogico acustico” che, ispirandosi all’informatica quantistica, potrebbe elaborare informazioni in stati sovrapposti senza rischiare il loro decadimento.

    La Svizzera come centro di innovazione
    Questa ricerca evidenzia il ruolo della Svizzera come luogo leader per la scienza dirompente. La combinazione di fisica di base, tecnologia e visioni applicative dimostra in modo impressionante il potenziale della ricerca interdisciplinare. Per gli investitori, gli sviluppatori e i promotori dell’innovazione, ci sono nuove opportunità di affermare le tecnologie acustiche come alternative scalabili nei campi dell’informatica, della tecnologia dei sensori e dei materiali.

  • L’entanglement quantistico – la danza ultraveloce delle particelle

    L’entanglement quantistico – la danza ultraveloce delle particelle

    L’entanglement quantistico si verifica quando due o più particelle rimangono in uno stato in cui lo stato di una particella è inestricabilmente legato a quello dell’altra. Questa connessione rimane anche a grandi distanze, in modo che un cambiamento in una particella abbia un effetto immediato sull’altra. Albert Einstein ha descritto questo effetto come “azione spettrale a distanza” Questa proprietà fondamentale della fisica quantistica è un elemento importante per molte applicazioni pionieristiche.


    Il ruolo del tempo nell’entanglement quantistico    Sebbene l’entanglement quantistico sia estremamente veloce, non è istantaneo. Utilizzando metodi di misurazione di alta precisione, la TU Wien ha stabilito che la formazione dell’entanglement avviene in un periodo di attosecondi. La ricerca dimostra che, sebbene i processi quantistici abbiano un effetto immediato, possono essere misurati nel tempo. Un impulso laser rilascia un elettrone da un atomo, facendo sì che un altro elettrone venga messo in uno stato di energia superiore – questi due elettroni sono poi entangled.


    Misurare gli attosecondi – uno sguardo all’inimmaginabile    L’intervallo di tempo in cui avviene l’entanglement quantistico è così breve che viene misurato in attosecondi – un miliardesimo di miliardesimo di secondo. Queste misurazioni sono state effettuate utilizzando simulazioni avanzate e impulsi laser ultracorti e hanno rivelato che il “tempo di nascita” dell’entanglement degli elettroni è di 232 attosecondi. Questo progresso consente ai ricercatori di osservare direttamente la dinamica di questi processi ultracorti e di ricrearli negli esperimenti.


    Simulazioni a livello di attosecondi – una svolta nella ricerca quantistica    Combinando simulazioni ed esperimenti, i ricercatori della TU Wien sono riusciti a riprodurre con precisione il processo di entanglement quantistico. I risultati, pubblicati su “Physical Review Letters”, sono considerati una pietra miliare e creano nuove prospettive per le applicazioni nella crittografia quantistica e nei computer quantistici, in cui l’entanglement gioca un ruolo centrale. La possibilità di analizzare i processi quantistici in attosecondi apre nuove strade per l’ulteriore sviluppo dei sistemi tecnologici quantistici.


    La comprensione del tempo nella fisica quantistica    La ricerca attuale dimostra che la comprensione classica del tempo non è sufficiente per descrivere gli effetti quantistici. Nel mondo quantistico, gli stati sorgono e scompaiono in intervalli di tempo minuscoli che sono quasi incomprensibili per noi. “L’elettrone non salta fuori dall’atomo, ma è un’onda che esce lentamente dall’atomo”, spiega la Prof.ssa Iva Březinová della TU Wien.


    Applicazioni dell’entanglement quantistico – una tecnologia per il futuro    L’entanglement quantistico è molto più di un fenomeno affascinante; costituisce la base di tecnologie rivoluzionarie come la crittografia quantistica, che consente sistemi di comunicazione estremamente sicuri, e i computer quantistici, che eseguono calcoli potenzialmente complessi in modo più rapido ed efficiente dei computer classici. Decifrando i processi ultraveloci dell’entanglement quantistico, i ricercatori ottengono intuizioni che rendono possibile la progettazione di queste tecnologie in modo sicuro ed efficiente.

    La ricerca sull’entanglement quantistico su scala di attosecondi rappresenta una svolta nella comprensione della fisica quantistica e offre un enorme potenziale per le tecnologie del futuro. La comprensione precisa di questi processi consente di sviluppare ulteriormente applicazioni come la crittografia e l’informatica quantistica, cambiando radicalmente il mondo dell’elaborazione delle informazioni e della sicurezza.