Credit: Kat Stockton
in foto: Credit: Kat Stockton

I ricercatori di Yale sono riusciti a capire come catturare e salvare il famoso gatto di Schrödinger, il simbolo della sovrapposizione quantistica e dell'imprevedibilità, anticipando i suoi salti e agendo in tempo reale per salvarlo dalla fine proverbiale. Nel processo, gli scienziati sono riusciti a capovolgere anni di dogmi fondamentali nella fisica quantistica. Vediamo cosa hanno scoperto.

Il salto del gatto di Schrödinger. Partiamo con il dire che nessun gatto è stato maltrattato per questo esperimento. Il gatto di Schrödinger è infatti l’emblema di un paradosso utilizzato per illustrare il principio di sovrapposizione della meccanica quantistica, cioè la possibilità per due stati opposti di esistere simultaneamente, e per l’imprevedibilità nella fisica quantistica. Il paradosso dice che se chiudiamo un gatto in una scatola con una fonte radioattiva e del veleno che viene attivato se un atomo della sostanza radioattiva decade, il gatto è sia vivo che morto finché qualcuno non apre la scatola: abbiamo dunque la sovrapposizione di due stati opposti. Ed è l’apertura della scatola che modifica lo stato quantico del gatto in modo casuale, costringendolo ad essere vivo o morto. Quando parliamo di ‘salto’ dunque, ci riferiamo ad un salto quantico, cioè il cambiamento dello stato.

I gatti non c’entrano. Questo studio ovviamente non ha l’obiettivo di capire i gatti, ma si applica a piccoli oggetti come elettroni, molecole o atomi artificiali che contengono informazioni quantiche, come il qubit, per i quali il salto quantico rappresenta l’improvvisa transizione da uno stato all’altro. Nello sviluppo di computer quantistici, i ricercatori devono fare i conti con i salti qubit, che sono le manifestazioni degli errori di calcoli. Proprio per questo, i ricercatori volevano capire se fosse possibile prevedere questo salto e segnalarlo con un segnale d’avvertimento.

L’esperimento. Per ottenere le loro risposte, i ricercatori hanno utilizzato un approccio speciale per monitorare indirettamente un atomo artificiale superconduttore con tre generatori di micro onde che irradiano l’atomo racchiuso in una cavità in 3D fatta di alluminio: questo permette di osservare l’atomo efficientemente. Così facendo, hanno visto che le radiazioni a microonde agitare l’atomo artificiale mentre questo veniva osservato: un po’ come riuscire a vedere all’interno della scatola del gatto senza aprirla. Il piccolo segnale quantico relativo ai salti, spiegano gli esperti, può essere amplificato e monitorato in tempo reale, questo ha permesso loro di vedere un’improvvisa assenza di fotoni e questa piccola assenza è il segnale che anticipa il salto quantico. “Il bell’effetto mostrato da questo esperimento è l'aumento della coerenza durante il salto, nonostante la sua osservazione”, hanno dichiarato gli scienziati di Yale, “Puoi sfruttare questo per non solo catturare il salto, ma anche invertirlo”.

A cosa serve questo studio. La scoperta consente ai ricercatori di creare un sistema di allarme rapido per imminenti salti di atomi artificiali contenenti informazioni quantistiche, e dimostra inoltre che i salti quantici non sono né improvvisi né casuali, come si pensava in precedenza, e, a quanto pare, possono anche essere invertiti. “I salti quantici di un atomo sono in qualche modo analoghi all'eruzione di un vulcano. Sono assolutamente imprevedibili a lungo termine, tuttavia, con il monitoraggio corretto, possiamo con certezza rilevare un segnale che anticipa un disastro imminente e agire su di esso prima che si verifichi”, concludono gli scienziati.