La fisica quantistica si trova di fronte a una scoperta che potrebbe rivoluzionare decenni di convinzioni consolidate. Un gruppo internazionale di ricercatori guidato da Jens Eisert, professore presso la Freie Universität di Berlino, ha dimostrato che le modalità con cui misuriamo e manipoliamo l'entanglement quantistico potrebbero non funzionare esattamente come si pensava finora. La rivelazione arriva in un momento simbolico: proprio mentre il 2025 è stato dichiarato dall'UNESCO Anno Internazionale della Scienza e Tecnologia Quantistica, celebrando il centenario della meccanica quantistica.
Il concetto di entanglement quantistico rappresenta uno dei pilastri fondamentali della teoria elaborata negli anni Venti del secolo scorso. Questo fenomeno permette a particelle come atomi e fotoni di rimanere "intrecciate" anche a distanze enormi, esistendo simultaneamente in stati diversi. Grazie a questa proprietà controintuitiva, sono state sviluppate tecnologie che utilizziamo quotidianamente: dai chip dei computer ai laser, fino alle più recenti applicazioni nei computer quantistici e nei sistemi di comunicazione ultra-sicura.
La ricerca pubblicata su Nature Physics con il titolo "Teoria dell'entanglement con risorse computazionali limitate" mette in discussione un assunto che la comunità scientifica dava per scontato. Gli scienziati hanno infatti sempre creduto che gli stati quantistici entangled potessero essere preservati e manipolati efficacemente in laboratorio, eseguendo operazioni quantistiche generali senza altri vincoli se non quello della località. La realtà, secondo questo nuovo studio, è più complessa.
Il nodo della questione riguarda le limitazioni computazionali che emergono anche in condizioni ideali. Come spiega lo stesso Eisert, per lungo tempo la comprensione dell'entanglement si è basata su assunzioni idealizzate, ma ora emerge che discrepanze fondamentali si manifestano nelle misurazioni chiave del quantum computing quando vengono eseguite in condizioni realistiche ed efficienti. Questo significa che le applicazioni pratiche dell'entanglement quantistico, specialmente nel campo del calcolo quantistico, sono più limitate di quanto si pensasse.
Per quantificare queste limitazioni, il team ha introdotto due nuove figure di merito nella fisica quantistica: l'entanglement distillabile computazionale e il costo computazionale dell'entanglement. Questi parametri misurano i tassi di entanglement negli stati quantistici sotto forma di bit entangled (ebit) all'interno di condizioni ristrette specifiche. Si tratta di strumenti che potrebbero cambiare radicalmente il modo in cui elaboriamo le informazioni quantistiche.
L'aspetto più sorprendente della scoperta risiede forse nella sua origine. Secondo Eisert, i risultati evidenziano una contraddizione nella teoria quantistica rimasta finora inosservata, dovuta a una mancanza di comunicazione tra esperti di entanglement e specialisti di algoritmi quantistici. Due campi di ricerca fondamentali che non hanno dialogato sufficientemente tra loro, creando quello che il fisico tedesco definisce un "vuoto culturale" lungo le linee di faglia della conoscenza consolidata.
La ricerca nel campo quantistico del ventunesimo secolo si caratterizza per un'intensa attività collaborativa a livello internazionale, con circa cento pubblicazioni scientifiche prodotte quotidianamente. I nuovi sviluppi vengono integrati rapidamente, solitamente nell'arco di poche settimane, e i ricercatori costruiscono immediatamente su queste scoperte con idee innovative. Questo ritmo frenetico contrasta però con la mancanza di dialogo tra discipline diverse che ha permesso alla contraddizione di passare inosservata.
Le implicazioni pratiche dello studio vanno oltre la pura teoria. Il lavoro presenta potenziali soluzioni ai problemi attuali di efficienza nel quantum computing, superando le sole questioni hardware. L'approccio crea un nuovo collegamento tra l'informatica teorica, che si occupa della complessità delle operazioni computazionali, e la fisica che cerca di comprendere la natura. Questo ponte tra discipline potrebbe rivelarsi fondamentale per lo sviluppo futuro delle tecnologie quantistiche.
Come sottolinea Eisert, le domande di ricerca più stimolanti emergono spesso proprio nei punti di contatto tra campi diversi. La teoria quantistica non fa eccezione: proprio dove diverse aree di specializzazione si incontrano, nascono le scoperte più rivoluzionarie. Lo studio dimostra quanto sia essenziale considerare le risorse computazionali nell'elaborazione delle informazioni quantistiche, un aspetto che potrebbe modificare profondamente la comprensione scientifica del settore.