Era il 1935 quando Erwin Schroedinger,
uno dei padri della meccanica quantistica, ideò una metafora
paradossale per illustrare la differenza concettuale tra la fisica
classica e la sua nuova scienza. Molti la conosceranno già, lasciatemi
però ricordarla per chi ancora ne fosse all’oscuro. Prendiamo un gatto
e mettiamolo in una scatola chiusa, senza alcuna apertura sul mondo
esterno. Nella scatola mettiamo anche una boccetta di vetro contenente
del veleno vaporizzabile e altamente nocivo, e colleghiamone il tappo
attraverso un meccanismo opportuno a un interruttore radioattivo. La
boccetta sarà aperta dal verificarsi di un evento quantistico, ovvero
il decadimento dell’isotopo radioattivo che funge da interruttore.
Nell’accezione classica della realtà, il gatto nella scatola può essere
solo vivo oppure morto. Nell’accezione quantistica, invece, la sua
esistenza diventa la sovrapposizione delle due possibili condizioni,
che tiene in conto delle due possibilità (gatto vivo oppure gatto
morto) con delle ampiezze di probabilità legate all’evento quantistico
di decadimento dell’isotopo (ovvero la sua trasformazione in un atomo
con peso atomico inferiore, accompagnata dall’emissione di una certa
quantità di energia). Solo a seguito dell’apertura della scatola
potremo determinare l’effettivo stato di salute del gatto: a quel punto
la “misura” farà collassare la sua funzione d’onda su uno solo dei due
stati possibili, legati all’occorrenza o meno del decadimento
dell’isotopo, e della conseguente vaporizzazione del veleno. Prima che
lo si possa osservare, però, il gatto resterà sospeso in una situazione
di indeterminazione, potendo essere sia vivo che morto.
Il
risultato, sorprendente, sconvolse i fisici dell’epoca e continua a
suscitare scalpore, perché l’idea di un gatto che sia al contempo vivo
e morto esula dalla nostra consueta percezione dei fenomeni fisici. Il
paradosso della duplice condizione esistenziale del gatto è in realtà
una conseguenza dell’applicazione di dinamiche quantistiche (quali
appunto i fenomeni di decadimento che interessano gli isotopi
radioattivi) a oggetti macroscopici, ma riassume bene le difficoltà
poste dalla tecnologia agli scienziati indaffarati nella creazione del
primo computer quantistico. L’esperimento concettuale di Schroedinger
esprime con un’immagine efficace e immediata la natura probabilistica
dei processi fisici a livello quantistico. Finora, tuttavia, nessuno
era riuscito a realizzare nella pratica un esperimento che fosse la sua
esatta riproduzione. Ci è riuscita nei mesi scorsi un’équipe francese,
servendosi misericordiosamente non di un gatto bensì di un’onda piana
emessa da un laser, che ai fini dell’esperimento assolveva al ruolo di
oggetto classico. L’importanza dello studio è stata di dimostrare la
possibilità, per un oggetto classico com’è uno stato coerente (l’onda
piana del laser) che può stare in una serie di stati diversi l’uno
dall’altro, di trovarsi in una combinazione probabilistica di questi
stati. I diversi stati erano nel caso in questione due fasi distinte
dell’onda: il risultato è stato ottenuto realizzando uno stato squeezed (letteralmente: ristretto, compresso, collassato) attraverso un cristallo nonlineare, da cui è stato sottratto un fotone.
Va
detto a onor del vero che la differenza tra le due fasi non era molto
grande, e pertanto i due stati potevano essere considerati molto
vicini: non si tratta quindi di un vero gatto di Schroedinger,
ma piuttosto, come lo hanno definito gli stessi ricercatori impegnati
sul progetto, dimostrando un indubbio senso dell’umorismo oltre che
della misura, di un “gattino di Schroedinger”. L’esperimento, molto
delicato perché potrebbe essere compromesso dalla minima imperfezione
strutturale del cristallo, rappresenta un primo passo importante.
Nell’articolo pubblicato su Science gli autori suggeriscono
infatti un metodo che potrebbe far crescere il “gattino” fino a
trasformarlo in “gatto” vero e proprio: diversi studi teorici affermano
che un gatto di Schroedinger sarebbe l’unità funzionale di base nella
costruzione di un computer quantistico universale, capace di compiere
tutte le operazioni logiche fondamentali.
... il mondo della Fisica Quantistica è affascinante almeno tanto quanto è misterioso.
Grazie Prof. Palma per il fantastico corso con il quale ci ha permesso di affacciarsi al favoloso mondo del QC.
