La fisica quantistica è da sempre un campo di studio affascinante e complesso, che cerca di spiegare i fenomeni che avvengono a livello subatomico. Tuttavia, la distinzione tra il mondo ordinario e il regno quantistico rimane ancora oggi poco chiara. Man mano che un oggetto aumenta di dimensioni, la sua localizzazione si intensifica quando subisce una trasformazione quantistica raffreddando il suo moto fino allo zero assoluto, ovvero a -273,15 gradi Celsius.
Un esperimento rivoluzionario
Un gruppo di ricercatori, guidati da Oriol Romero-Isart dell’Istituto per l’ottica quantistica e l’informazione quantistica (IQOQI) dell’Accademia Austriaca delle Scienze (ÖAW) e del Dipartimento di Fisica Teorica dell’Università di Innsbruck, ha proposto un esperimento in cui una nanoparticella levitata otticamente, raffreddata al suo stato fondamentale, evolve in un potenziale non ottico (detto “oscuro”) creato da forze elettrostatiche o magnetiche. Questa evoluzione nel potenziale oscuro dovrebbe generare rapidamente e in modo affidabile uno stato di superposizione quantistica macroscopica.
Superare le sfide degli esperimenti quantistici
La luce laser può raffreddare una sfera di vetro di dimensioni nanometriche al suo stato fondamentale di moto. Se lasciata sola, bombardata da molecole d’aria e dalla dispersione della luce in arrivo, tali sfere di vetro si riscaldano rapidamente e abbandonano il regime quantistico, limitando il controllo quantistico. Per evitare ciò, i ricercatori propongono di lasciare che la sfera evolva al buio, con la luce spenta, guidata esclusivamente da forze elettrostatiche o magnetiche non uniformi. Questa evoluzione non solo è abbastanza veloce da prevenire il riscaldamento da parte delle molecole di gas vaganti, ma solleva anche l’estrema localizzazione e imprime caratteristiche quantistiche inequivocabili.
Sfide pratiche e prospettive future
Il recente articolo pubblicato su Physical Review Letters discute anche di come questa proposta superi le sfide pratiche di questo tipo di esperimenti. Queste sfide includono la necessità di esecuzioni sperimentali rapide, l’uso minimo della luce laser per evitare la decoerenza e la capacità di ripetere rapidamente le esecuzioni sperimentali con la stessa particella. Queste considerazioni sono fondamentali per mitigare l’impatto del rumore a bassa frequenza e altri errori sistematici.
Collaborazioni e supporto finanziario
Questa proposta è stata ampiamente discussa con partner sperimentali nel progetto Q-Xtreme, un progetto ERC Synergy Grant finanziato dall’Unione Europea. “Il metodo proposto è in linea con gli attuali sviluppi nei loro laboratori e dovrebbero presto essere in grado di testare il nostro protocollo con particelle termiche nel regime classico, il che sarà molto utile per misurare e minimizzare le fonti di rumore quando i laser sono spenti”, afferma il team teorico di Oriol Romero-Isart. “Crediamo che, sebbene l’esperimento quantistico definitivo sarà inevitabilmente impegnativo, dovrebbe essere fattibile poiché soddisfa tutti i criteri necessari per preparare questi stati di superposizione quantistica macroscopica.”
Un passo avanti per la fisica quantistica
Lo studio, finanziato dal Consiglio Europeo della Ricerca, rappresenta un passo significativo verso la comprensione e il controllo dei fenomeni quantistici a livello macroscopico. La possibilità di creare stati di superposizione quantistica in oggetti di dimensioni nanometriche potrebbe aprire la strada a nuove scoperte nel campo dell’informazione quantistica e della meccanica quantistica, con potenziali applicazioni in diversi settori, dalla tecnologia all’informatica.
