paradox

Il 27 Maggio la rivista Science ha pubblicato un articolo dal curioso titolo “Un gatto di Schrödinger che vive in due scatole”, riguardo uno studio di fisica quantistica della Yale University. Il documento, firmato dal fisico Chen Wang e suoi colleghi, riporterebbe i risultati di un esperimento riguardo l'entanglement, un fenomeno quantistico privo di analogo classico, che intuitivamente permette l'interazione istantanea di particelle poste a distanza, senza che vi sia un mezzo effettivo a fare da tramite. Gli autori dell'articolo, provando ad applicare questo concetto di non-località al celebre esperimento mentale di Schrödinger, arrivano a proporre che il gatto non solo è sia morto sia vivo contemporaneamente come già noto, ma anche nello stesso tempo in due posti diversi. Ma andiamo con ordine.

Il paradosso "classico"

Fonte: Wikipedia
in foto: Fonte: Wikipedia

Il paradosso del gatto è un esperimento fittizio, immaginario, ideato nel 1935 da Schrödinger in persona, allo scopo di mostrare come l'interpretazione ortodossa della meccanica quantistica fornisca risultati paradossali se applicata ad un sistema macroscopico, di uso comune. Uno dei cardini della fisica quantistica è il cosiddetto principio di sovrapposizione, per il quale non è possibile descrivere esattamente la condizione degli oggetti, ma si deve ricorrere ad una rappresentazione probabilistica: ad esempio una particella che può collocarsi in diverse posizioni la si descrive come se fosse contemporaneamente in tutte le posizioni che può assumere, almeno fintanto che non avviene un'osservazione, la quale “collasserebbe la funzione d'onda”, ovvero farebbe sparire la sovrapposizione di possibilità, rendendo la posizione della particella un dato certo in senso classico.

La difficoltà di comprendere questi concetti deriva dal fatto che sono caratteristici di un mondo microscopico, al quale non siamo abituati, ed è proprio per questo che Schrodinger ha ipotizzato l'esperimento mentale del gatto: per trasportare il paradosso ad un mondo macroscopico che possiamo meglio valutare. Per fare ciò, il fisico immagina che all'interno di una scatola, oltre allo sfortunato gatto, sia presente una minuscola sostanza radioattiva, che può decadere da un momento all'altro in modo arbitrario, e un contatore Geiger, cioè un rilevatore di particelle capace di segnalare l'avvenuto decadimento della sostanza. Il rilevatore inoltre, sempre immaginando un esperimento fittizio, è collegato ad una fiala di cianuro, che viene rotta in caso di avvenuto decadimento.

In altre parole, a stabilire il momento della fuoriuscita di cianuro, e quindi della sorte del gatto, è un dispositivo che si innesca al verificarsi di un evento quantisticamente casuale, quale un decadimento di sostanza radioattiva. Quindi fintanto che la scatola è chiusa, e non è possibile sapere se la sostanza sia decaduta o meno, gli stati “decaduto” e “non decaduto” si sovrappongono, sono “entrambi veri” in senso probabilistico, e quindi il gatto è sia vivo sia morto. Solo un eventuale misurazione, cioè l'apertura della scatola, permette il collasso dello stato su una delle due condizioni. L'esperimento di Schrödinger ha il pregio di trasferire sul mondo macroscopico un concetto della fisica microscopica, mostrandone la contro-intuitività.

Il paradosso rivisitato di Wang

Lo stesso è quello che hanno fatto Chen Wang e i suoi colleghi della Yale, trasferendo al mondo macroscopico il fenomeno dell'entanglement. L'entanglement permette ad un osservazione di influenzare istantaneamente lo stato di una particella distante. Per dirla in modo naif, se vogliamo, l'entanglement permette un trasferimento di proprietà (e quindi informazione) senza passare in mezzo, teletrasportandosi. Un fenomeno talmente paradossale che Einstein stesso definì proprio “una spaventosa azione a distanza”.
Il dispositivo costruito dai fisici di Yale è costituito da due cavità capaci di racchiudere campi elettromagnetici, collegati da un superconduttore. Il “gatto” è rappresentato a livello microscopico da luce confinata in entrambe le cavità. La rilevazione del segnale nelle due scatole separate permette di riscontrare una prova sperimentale del fenomeno dell'entanglement.

Questo gatto è grande e intelligente, non resta in una sola scatola perché lo stato quantico è condiviso tra le due cavità e non può essere descritto separatamente. Si può anche considerare un altro punto di vista, dove abbiamo due piccoli e semplici gatti di Schrodinger, ognuno in una scatola, che sono legati tra loro (that are entangled). – Chen Wang

Un gatto dotato di ubiquità oppure due gatti dotati di telepatia, che a dir si voglia. Può suonare ridicolo, ma l'intento di Wang è spiegare, con gli strumenti che Schrödinger stesso usava, quanto siano apparentemente paradossali i principi che determinano la fisica quantistica, qualora si applichino alla vita comune.

Studi sull'interazione a distanza come questo, e in generale tutte le ricerche degli ultimi anni sulla meccanica quantistica, oltre che di interesse teorico, sono fondamentali per il campo dell'informatica quantistica. Un computer quantistico, oltre che disporre di maggiori capacità di calcolo rispetto ai dispositivi attualmente in circolazione, potrebbe anche sfruttare i principi di sovrapposizione degli stati e di entanglement, portando le tecnologie di memorizzazione e trasferimento dati a livelli ora difficilmente immaginabili.