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Giocando con i quanti

Einstein sbagliò quando disse: «Dio non gioca a dadi». La considerazione dei buchi neri suggerisce infatti non solo che Dio gioca a dadi, ma che a volte ci confonda gettandoli dove non li si può vedere”

Questo affermava Stephen Hawking (nonostante la frase venga attribuita anche a Richard Feynman). Nella nostra quotidianità noi osserviamo il mondo secondo i dettami della fisica classica, per la quale lo stato di un sistema è sempre definito e può essere descritto tramite un codice binario: la luce è accesa o spenta, la monetina che lanciamo può essere o testa o croce. Ma…

Cosa c’è al di là della certezza?

Questo è il quesito che, con la guida del dottor Fabio Chiarello, ricercatore del CNR, abbiamo affrontato nel laboratorio Giocare con i quanti.

Si pensi al paradosso del gatto di Schrödinger: in una scatola si trovano un gatto rinchiuso insieme ad una macchina infernale che non può essere afferrata dal felino. Un contatore Geiger contiene una sostanza radioattiva in quantità talmente piccola da rendere parimenti probabile che uno dei due atomi si disintegri oppure no. Nel caso in cui avvenga il decadimento delle particelle alpha il contatore azionerà un martelletto che romperà la fiala e il gatto morirà. Nel caso in cui il decadimento non avvenga il gatto rimarrà in vita. La situazione, dunque, non è più descrivibile tramite un sistema binario, in quanto lo stato è indefinito. Al momento dell’osservazione, però, il gatto sceglierà uno dei due stati possibili, tornando in un sistema binario. Questo paradosso serve a dimostrare come situazioni impossibili nella fisica classica si possano verificare invece in quella quantistica.

Il gruppo che ha sviluppato il laboratorio Giocare con i quanti

Entanglement

La sovrapposizione di stati, insieme alla proprietà entanglement, è una delle caratteristiche principali di un q-bit, ossia un bit quantistico.

Per spiegare l’entanglement, prendiamo ad esempio due biglie, che possono essere bianche e nere, poiché le biglie quantistiche coesistono nei due stati. Esiste inoltre una correlazione tra le biglie, le quali formano un sistema quantistico unico descritto da un’unica funzione d’onda. Sappiamo con certezza che se una delle due si manifesta come bianca al momento della misura, l’altra si manifesterà come bianca necessariamente, in quanto l’entanglement lega gli stati delle due biglie. Se si effettua una misurazione su una delle due, il suo stato collassa istantaneamente su un dato valore e fa collassare anche lo stato della particella entangled, qualunque sia la distanza tra le due, poiché non si tratta di una comunicazione, ma di due particelle che fanno parte del medesimo sistema. 

Quanti e realtà

Aziende multinazionali come Rigetti e IBM (creatrice del simulatore di computer quantistici IBM Quantum Experience, sul quale il nostro gruppo ha elaborato dei progetti sulla teoria dei giochi) stanno sperimentando computer quantistici che in un futuro renderebbero possibili processi non realizzabili unicamente tramite il computer classico. 

Giocare con i quanti

Con questa premessa abbiamo inserito in giochi classici la variabile quantistica, sviluppandoli sul simulatore IBM. Abbiamo osservato lo sviluppo di diverse situazioni che seguono leggi quantistiche: il lancio di monete con risultati sovrapposti, labirinti con più percorsi in contemporanea, probabilità quantistica di contagio.

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