Migliorare la comprensione del cervello umano, raccogliere informazioni sull’origine del nostro universo attraverso la rivelazione delle onde gravitazionali oppure aumentare la precisione dei sistemi GPS sono tutte sfide difficili, perché richiedono la capacità di visualizzare elementi altamente fragili, che possono essere danneggiati da qualsiasi tentativo di osservarli. Ora un team di ricercatori afferma che la fisica quantistica può fornire una soluzione a questa difficoltà.
In un articolo pubblicato su Nature Photonics, i ricercatori dell’Istituto di scienze fotoniche (ICFO) riportano l’osservazione di un corpo estremamente fragile e volatile attraverso una nuova tecnica di misura basata sulla meccanica quantistica.
I ricercatori del gruppo guidato da Morgan Mitchell hanno applicato la cosiddetta “misura quantica non distruttiva” su un minuscolo insieme di atomi. I ricercatori sono stati in grado di osservare la presenza degli elettroni attorno agli atomi e, più importante, la nube atomica non è stata disturbata nel processo.
E’ la prima volta che una misura quantistica non distruttiva è stata dimostrata su un qualsiasi oggetto materiale. Lo stesso metodo può essere esteso per permettere l’osservazione di singoli atomi.
Nell’esperimento, gli scienziati hanno preparato impulsi di luce con fotoni in stati complementari, per poi inviarli attraverso la nuvola di atomi, misurando la loro polarizzazione in uscita. “Una prima misura ci dà informazioni riflettendo l’azione del primo impulso di luce.
Una seconda misurazione, fatta con fotoni in uno stato complementare alla prima, annulla l’influenza dell’impulso iniziale e ci permette di osservare le caratteristiche originali dell’oggetto,” spiega il Dott. Robert Sewell, ricercatore presso l’ICFO.
Questo processo ha permesso al team di raccogliere informazioni precise sul campo magnetico che circonda l’atomo.
Le informazioni ottenute superano il cosiddetto “limite quantistico standard”, che ci dice qual è la massima quantità di informazioni che possiamo ottenere da una misurazione tradizionale.
Due successi hanno reso questo possibile. Da un lato, i ricercatori sono stati in grado di strutturare l’osservazione in modo che il rumore risultante dalla visualizzazione fosse spostato lontano dall’oggetto da misurare e in una variabile diversa. In più, hanno introdotto le correlazioni di statistica quantistica tra gli atomi in modo che fossero in grado di raccogliere in una misura ciò che prima raccoglievano in più misure.
“Questo esperimento fornisce una rigorosa prova sull’efficacia della fisica quantistica per la misurazione di oggetti fragili”, conclude Sewell.
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