Nel cuore della fisica quantistica, dove i principi classici cessano di valere, l’entanglement rappresenta uno dei concetti più affascinanti e controversi. Definito da Einstein come «inquietante», descrive situazioni in cui le particelle non possono essere considerate indipendenti: lo stato di una implica inevitabilmente quello dell’altra. Comprendere e controllare questo fenomeno è cruciale per lo sviluppo delle tecnologie quantistiche di nuova generazione.
Uno degli ostacoli maggiori riguarda la capacità di produrre e identificare stati multi-fotonici entangled. La tomografia quantistica tradizionale richiede un numero di misurazioni che cresce in modo esponenziale con i fotoni coinvolti, rendendo il processo quasi impraticabile. Esiste però un’alternativa: le misurazioni entangled, capaci di identificare lo stato in un’unica operazione. Finora applicate con successo agli stati GHZ, restavano però inattuabili per la seconda grande famiglia di stati multi-fotonici: gli stati W.
L’intuizione giapponese
Un gruppo di fisici delle Università di Kyoto e Hiroshima ha trovato la chiave sfruttando la simmetria ciclica degli stati W. Attraverso circuiti quantistici fotonici basati sulla trasformazione di Fourier quantistica, hanno realizzato per la prima volta una misurazione entangled su uno stato W a tre fotoni. "Più di 25 anni dopo la proposta iniziale per gli stati GHZ, siamo finalmente riusciti a dimostrarlo anche per gli stati W", spiega il professor Shigeki Takeuchi.
Il dispositivo che lo ha reso possibile utilizza circuiti ottici ad alta stabilità, capaci di operare per lunghi periodi senza correzioni attive. Inserendo tre fotoni in stati di polarizzazione specifici, i ricercatori hanno dimostrato di poter distinguere diverse varianti di stati W, misurandone con precisione la fedeltà, cioè la probabilità di ottenere il risultato corretto.
Implicazioni future
La scoperta apre prospettive per il teletrasporto quantistico, la comunicazione sicura e il calcolo basato su misurazioni. Il prossimo traguardo sarà applicare il metodo a stati più complessi e ridurre i circuiti su chip integrati. Come sottolinea Takeuchi, "per accelerare lo sviluppo delle tecnologie quantistiche è essenziale approfondire i concetti di base, così da trasformarli in strumenti concreti".