mercoledì 15 gennaio 2025
L'esempio mentale inventato dal fisico austriaco per spiegare la paradossalità della meccanica quantistica, nella realtà ha le fattezze di un atomo di antimoni
Una rappresentazione del gatto di Schrodinger

Una rappresentazione del gatto di Schrodinger - Christian Schirm/Wikicommons

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Il celebre gatto di Schrödinger? Esiste per davvero e conferma ancora una volta la bellezza e la potenza della fisica quantistica, teoria che descrive in termini di probabilità il comportamento di sistemi fisici di dimensioni atomiche o subatomiche (molecole, atomi, nuclei e elettroni) per i quali non sono verificate le leggi della meccanica classica e dell'elettromagnetismo. Per fare un esempio della paradossalità della meccanica quantistica è indicativo una specie di "giochino" pensato, appunto, dal fisico austriaco Erwin Schrödinger - padre della meccanica ondulatoria, una delle trattazioni più eleganti della quantistica - chiamato il paradosso del gatto. Un esperimento mentale che spiega bene come la meccanica quantistica fornisca risultati paradossali se applicata a un sistema fisico macroscopico.

Ma ora si può affermare che quel gatto di Schrödinger esiste per davvero e nella realtà ha le fattezze di un atomo di antimonio. Il tutto emerge da un rivoluzionario studio guidato dalla University of New South Wales (UNSW) e pubblicato su "Nature Physics". Gli ingegneri della UNSW sono riusciti a dimostrare l'esperimento mentale di Schrödinger - per il quale se la vita di un gatto dipendesse dal decadimento di un atomo radioattivo, finché non si osservasse l'atomo direttamente, il gatto sarebbe da considerarsi sia vivo che morto allo stesso tempo - utilizzando appunto un atomo di antimonio le cui caratteristiche aprono ora immense possibilità per il calcolo quantistico e le sue impressionanti applicazioni, prima fra tutte l'Intelligenza Artificiale.

"Nel nostro lavoro, il "gatto" è un atomo di antimonio - afferma Xi Yu, autore principale dello studio - L'antimonio è un atomo pesante, che possiede un grande spin nucleare, ovvero un grande dipolo magnetico. Lo spin dell'antimonio può prendere otto direzioni diverse, invece di due. Questo potrebbe non sembrare molto, ma in realtà cambia completamente il comportamento del sistema. Una sovrapposizione dello spin dell'antimonio che punta in direzioni opposte non è solo una sovrapposizione di "su" e "giù", perché ci sono molteplici stati quantici che separano i due rami della sovrapposizione". Qeusto ha profonde conseguenze per gli scienziati che lavorano alla costruzione di un computer quantistico che utilizzi lo spin nucleare di un atomo come elemento costitutivo di base. "Normalmente - afferma il coautore Benjamin Wilhelm - le persone usano un bit quantistico, o "qubit" (un oggetto descritto da soli due stati quantistici, ndr) come unità di base dell'informazione quantistica. Se il qubit è uno spin, possiamo chiamare "spin down" lo stato "0" e "spin up" lo stato "1". Ma se la direzione dello spin cambia improvvisamente, abbiamo immediatamente un errore logico: 0 diventa 1 o viceversa, in una sola volta. Ecco perché l'informazione quantistica è così fragile".

Ma nell'atomo di antimonio che ha otto diverse direzioni di spin, se lo "0" è codificato come un "gatto morto" e l'"1" come un "gatto vivo", un singolo errore non è sufficiente a confondere il codice quantistico. Così il "gatto" di antimonio è stato incorporato dai ricercatori in un chip quantistico di silicio, simile a quelli che abbiamo nei nostri computer e telefoni cellulari, ma adattato per dare accesso allo stato quantistico di un singolo atomo. Il chip è stato fabbricato da Danielle Holmes dell'UNSW, mentre l'atomo di antimonio è stato inserito nel chip dai ricercatori e progettisti dell'Università di Melbourne."Ospitando il "gatto di Schrodinger" atomico - conclude Holmes - all'interno di un chip di silicio, otteniamo un controllo straordinario sul suo stato quantistico, o, se preferite, sulla sua vita e sulla sua morte. Inoltre, ospitare il "gatto" nel silicio significa che, a lungo termine, questa tecnologia può essere ampliata utilizzando metodi simili a quelli che già adottiamo per costruire i chip per computer che abbiamo oggi". Il significato di questa svolta è che apre le porte a un nuovo modo di eseguire calcoli quantistici. La dimostrazione della capacità di rilevare e correggere gli errori quantistici è il vero nodo dell'informatica quantistica di oggi.


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