Entanglement quantistico: il legame senza limiti

L’entanglement quantistico, detto anche correlazione quantistica, è un fenomeno quantistico per cui in determinate condizioni due o più sistemi fisici rappresentano sottosistemi di un sistema più ampio, il cui stato quantico non è descrivibile singolarmente, ma solo come sovrapposizione di più stati. Da ciò consegue che la misura di un’osservabile di un sistema (sottosistema) determini simultaneamente il valore anche per gli altri.

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Poiché risulta possibile dal punto di vista sperimentale che tali sottosistemi si trovino spazialmente separati, l’entanglement implica in modo controintuitivo la presenza di correlazioni a distanza senza alcun limite, tra le loro quantità fisiche, determinando il carattere non locale della teoria.

Il termine entanglement (che in inglese significa “groviglio”, “intreccio”) fu introdotto da Erwin Schrödinger in una recensione del famoso articolo sul paradosso EPR, che nel 1935 rivelò a livello teorico il fenomeno.

L’entanglement è una delle proprietà della meccanica quantistica che portarono Einstein ed altri studiosi a metterne in discussione i princìpi. Nel ’35 infatti Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen, formularono il “paradosso EPR” (dalle iniziali dei tre scienziati), che metteva in evidenza, appunto come paradossale, il fenomeno dell’entanglement. Esso nacque dall’assunzione di 3 ipotesi:
-principio di realtà; -principio di località; – principio di completezza della meccanica quantistica.
Perché il paradosso venisse risolto era necessario che cadesse una delle tre ipotesi, ma considerando le prime due sicuramente vere, in quanto evidenti, gli autori giunsero alla conclusione che la meccanica quantistica fosse incompleta (contiene cioè variabili nascoste). In realtà vi era un errore di fondo, evidenziato nel 1964 da John Stewart Bell con la dimostrazione, nell’ambito di una teoria delle variabili nascoste che riproduca le previsioni della meccanica quantistica, dell’incompatibilità tra i principi di località e di realtà. L’interpretazione maggiormente condivisa della meccanica quantistica (interpretazione di Copenaghen) contempla aspetti locali (teoria quantistica dei campi) e non locali (come appunto l’entanglement) rifiutando il principio di realtà, mentre, ad esempio, l’interpretazione di David Bohm, che è una tipica teoria delle variabili nascoste, afferma il principio di realtà, escludendo quello di località.

In ogni caso la meccanica quantistica si è dimostrata in grado di produrre corrette previsioni sperimentali fino ad una precisione mai raggiunta prima e le correlazioni associate al fenomeno dell’entanglement quantistico sono state effettivamente osservate. All’inizio degli anni ’80 infatti, Alain Aspect ed altri, hanno svolto una serie di esperimenti particolarmente accurati che hanno provato che le correlazioni misurate seguono le previsioni della meccanica quantistica. Successivamente, nel ’98 Zeilinger ed altri studiosi hanno migliorato tali esperimenti confermando risultati in accordo con le previsioni teoriche.


L’entanglement quantistico è alla base di tecnologie emergenti come i computer quantici e la crittografia quantica. Ha permesso anche esperimenti relativi al teletrasporto quantistico. Sebbene non si possa trasmettere informazione attraverso il solo entanglement, l’utilizzo di un canale di comunicazione classico in congiunzione con uno stato entangled permette il teletrasporto di uno stato quantistico, che sarebbe altrimenti impossibile poiché richiederebbe un’infinita quantità di informazione per essere determinato. All’atto pratico, come conseguenza del teorema di no-cloning quantistico, questa ricca informazione non può comunque essere letta integralmente, ma può tuttavia essere impiegata nei calcoli.


L’entanglement quantistico costituisce una difficoltà per la teoria quantistica dal punto di vista epistemologicobranca della filosofia che si occupa delle condizioni sotto le quali si può avere conoscenza scientifica e dei metodi per raggiungere tale conoscenza ), in quanto è incompatibile con il principio apparentemente ovvio e realistico della località, per il quale il passaggio di informazione tra diversi elementi di un sistema può avvenire soltanto tramite interazioni causali successive, che agiscano spazialmente dall’inizio alla fine.
Ad esempio: secondo il principio di località, il pugno di una persona può colpire il naso di un’altra solo se si è abbastanza vicini o se si è in grado di mettere in moto meccanismi che, passo dopo passo, giungano fino al naso.
Differenti interpretazioni del fenomeno dell’entanglement portano a differenti interpretazioni della meccanica quantistica.

Un altro esempio possono essere un paio di guanti. Se hai trovato un guanto destro da solo nel tuo cassetto, puoi essere certo che il guanto mancante si adatterebbe alla tua mano sinistra. I due guanti potrebbero essere descritti come impigliati, entangled, poiché sapere qualcosa su uno ti direbbe qualcosa di importante sull’altro che non è una caratteristica casuale.

Nella moda, questo concetto non è poi così strano. Ma il concetto pone un problema per la meccanica quantistica.

Anche se la loro comprensione è ancora lontana, i bizzarri fenomeni della meccanica quantistica, tra i quali l’Entanglement, sono alla base di tante tecnologie quotidianamente utilizzate, dal computer al laser, dalle celle solari ai dispositivi biomedicali. Inoltre costringono la scienza a indagare nuove teorie e possibilità, dalle interazioni superluminali alla “morte” quantistica dell’Universo…

La meccanica quantistica rappresenta senza dubbio il capitolo più misterioso di tutta la fisica: chiunque può rendersi facilmente conto delle sue innumerevoli stranezze, in grado di violare così palesemente il senso comune.

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È forse possibile che il comportamento del sistema fisico risulti in qualche maniera predeterminato, indipendente dalla nostra possibilità di scegliere a piacimento le condizioni sperimentali, nel fornire il risultato ottenuto?
Oppure dobbiamo ritenere che le proprietà quantistiche misurabili delle particelle non siano “reali”, ma esistano “semplicemente” come risultato delle nostre percezioni (o più precisamente delle nostre misurazioni eseguite sul sistema fisico in questione)?
Se non siamo disposti a ritenere, com’è ragionevole che sia, che la realtà che sperimentiamo sia creata esclusivamente dalla nostra interazione con il mondo circostante all’atto della percezione o della misurazione, allora dobbiamo accettare la possibilità che l’interazione quantistica a distanza tra particelle intrecciate si trasmetta a una velocità superiore a quella della luce nel vuoto.

Anche poste ad una distanza di miliardi di anni luce, se qualcosa accade ad una particella, quel qualcosa influirà direttamente ed in maniera immediata sull’altra, tanto che si potrà sapere cosa è successo alla prima particella anche se è impossibile, data la distanza, entrare in contatto con essa.
Di solito l’entanglement viene osservato su due fotoni, ossia sulle particelle elementari alla base della luce.

Il teletrasporto quantistico è una tecnica nell’ambito dell’informatica quantistica che permette, sotto certe restrizioni, di trasferire uno stato quantistico in un punto arbitrariamente lontano. Principalmente, l’effetto coinvolto è proprio l’entanglement quantistico.

Attraverso una pubblicazione su Nature Physics, un gruppo di scienziati ha rivelato al mondo di essere riusciti per la prima volta a teletrasportare un’informazione tra due chip non collegati fisicamente o elettronicamente.

I ricercatori fanno parte dell’Università di Bristol e della Technical University of Denmark e sono riusciti ad effettuare questo “teletrasporto” servendosi dell’entanglement, grazie al quale due particelle sono legate tra loro indipendentemente dalla distanza. Cambiando le proprietà di una particella, anche l’altra cambierà all’istante, non importa quanto spazio le separi.

Nel suo studio, il gruppo di scienziati ha generato coppie di fotoni entangled sui chip e poi ha effettuato una misurazione quantistica su uno di essi. Questa osservazione ha cambiato lo stato del fotone e il cambiamento si è verificato istantaneamente anche nel fotone partner presente nell’altro chip.

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