Fisica: verso il teletrasporto

Una volta per tutte, possiamo dire che Einstein, con i suoi eleganti, ragionevoli e intuitivi principi, aveva torto. Ma se oggi fosse qui gioirebbe con noi di questa scoperta, che dà finalmente conferma a ciò che i suoi avversari antichi e moderni hanno sostenuto per anni: il realismo locale non esiste. Spiace per la fisica classica, che ancora una volta mostra di fondarsi su concetti in linea di principio falsi, ma anche stavolta il mondo quantistico ha rivelato i suoi aspetti più bizzarri e controintuitivi.
È «Nature» che ha reso noto, lo scorso mese, il risultato dell’esperimento realizzato da Bas Hensen e Ronald Hanson alla Technische Universiteit di Delft, in Olanda, in cui si è dimostrata, per la prima volta senza loopholes (scappatoie), l’esistenza di quelli che Einstein chiamava «fantomatici effetti a distanza» e che oggi sono alla base di progetti straordinari come il teletrasporto.

Il mondo quantistico, infatti, non rispetta due principi apparentemente ovvi: il realismo e la località. Secondo il primo, gli elementi della realtà esistono indipendentemente dall’osservazione; secondo il principio di località, invece, un cambiamento su un sistema non può provocare un cambiamento su un secondo sistema separato dal primo. Un esempio della violazione di questi principi è l’entanglement quantistico, che si verifica quando due sistemi, che sono stati in relazione in un certo istante, dopo essersi separati continuano in qualche modo a mantenere un legame e a scambiarsi informazioni. La cosa che tanto turbava Einstein era che queste informazioni non viaggiano nello spazio, ma si trasferiscono istantaneamente. Facciamo un esempio: mettiamo un paio di guanti in due scatole; apriamo poi una scatola a caso: se troviamo il guanto sinistro, sapremo automaticamente e con certezza che nell’altra scatola ci sarà il guanto destro. Lo stesso accade con due particelle che sono state in relazione e che ora si trovano a una grande distanza l’una dall’altra: se facciamo una misurazione sulla prima, acquisiremo istantaneamente informazioni sulla seconda. Ma c’è una differenza fondamentale e affascinante rispetto all’esempio macroscopico.
Le particelle quantistiche non si trovano in uno stato ben definito finché non vengono misurate; la misurazione quindi ha un effetto reale, tangibile sulla particella, perché la forza ad assumere uno stato. Quando vediamo il guanto bianco, sappiamo che era già lì prima che aprissimo la scatola. Quando guardiamo una particella, no. Ma quando conosciamo la prima particella, abbiamo detto che conosciamo anche la seconda. Questo significa che la misurazione sulla prima particella provoca un cambiamento anche sulla seconda, che si può trovare anche ad anni luce di distanza, e lo provoca istantaneamente. Non cambia solo ciò che sappiamo: cambia la realtà fisica.

È questo che rende possibile il teletrasporto. Un parolone che ci fa pensare a persone che scompaiono in un punto e ricompaiono in un altro. Non è proprio questo. Quando si parla di teletrasporto quantistico, si parla di trasferire proprietà da un sistema all’altro; purtroppo, però, non è possibile stabilire in anticipo che cosa trasferire, se non ricorrendo alla trasmissione classica di informazioni, soggetta al limite della velocità della luce. Ciononostante ci sono innumerevoli, più pratiche e meno fantascientifiche, applicazioni delle bizzarrie quantistiche. Si stanno progettando, ad esempio, computer quantistici, in grado di immagazzinare un grandissimo numero di informazioni grazie ai «qubit» che, a differenza dei bit classici, non devono trovarsi necessariamente in uno stato ben definito (0 o 1), ma possono essere entrambi contemporaneamente. Tra gli svariati campi di applicazione dell’entanglement troviamo anche la crittografia, la medicina e addirittura la fotografia.
Più volte gli scienziati hanno condotto esperimenti per respingere definitivamente il realismo locale, ma non erano mai riusciti a creare le condizioni sperimentali necessarie a ottenere una dimostrazione rigorosa. Si devono infatti utilizzare due laboratori sufficientemente distanti tra loro e dotati di apparecchi sufficientemente veloci da garantire che non possano scambiarsi informazioni sui rispettivi stati. Solo Hensen e Hanson sono riusciti a soddisfare tutte queste condizioni e a tappare contemporaneamente tutti i loopholes introducendo un nuovo elemento: un terzo laboratorio con il compito di osservare e valutare lo scambio di informazioni tra i primi due. In questo modo, il realismo locale è stato definitivamente sconfitto dalle previsioni teoriche della fisica quantistica.