La stranezza quantistica ha colpito di nuovo nel 2019. Un esperimento descritto su Nature a giugno ha risolto un dibattito appassionato che ha diviso i fisici per oltre un secolo, sollevando anche nuove domande. I ricercatori hanno annunciato di aver tracciato un salto quantico in dettagli senza precedenti, dimostrando che è possibile non solo prevedere quando una particella potrebbe saltare, ma anche — stranamente — invertirla a metà-hop.
“C’è di più nella storia della fisica quantistica di quanto pensassimo”, afferma il fisico Zlatko Minev, ricercatore presso IBM che ha guidato l’esperimento mentre era alla Yale University.
La nozione di salto quantico ebbe origine nel 1913, quando il fisico danese Niels Bohr introdusse l’idea rivoluzionaria che gli elettroni circondassero solo il nucleo degli atomi in orbite discrete, o livelli di energia. Gli elettroni saltano da un livello all’altro, ipotizzò Bohr, assorbendo o emettendo un pacchetto di energia, chiamato quantum. Le particelle possono esistere su un livello o un altro, ma mai in mezzo. Secondo questa idea, i salti quantici sono istantanei e casuali.
Altri fisici hanno inveito contro l’idea che una particella salti così bruscamente. “Come funziona una transizione senza mai essere stato nel mezzo?”chiede Minev. Per sondare i misteri del mid-jump, Minev e i suoi collaboratori hanno usato un “atomo artificiale”, una configurazione sperimentale che può imitare efficacemente i comportamenti degli elettroni, incluso un salto quantico.
Gli stati quantici cambiano se misurati direttamente, quindi per evitare quella trappola Minev e il suo team hanno invece osservato un proxy: il livello di fotoni riflessi o assorbiti come il sistema cambiato stati e livelli di energia. Hanno raccolto e analizzato i dati sulla scala dei microsecondi, che ha permesso loro di cercare comportamenti non visibili a intervalli di tempo più lunghi. Il fisico di Yale e co-autore senior Michel Devoret lo paragona alla visione di un film al rallentatore. “Come nel cinema, si possono vedere cose che non si possono vedere ad alta velocità.”
A scale così fini, il salto quantico appariva meno come un brusco scatto e più come una transizione liscia e continua da uno stato energetico all’altro. I ricercatori hanno anche notato che il sistema ha inviato un segnale sottile prima di un salto e che con un impulso di luce attentamente calibrato, potevano invertire i salti già in corso. Manipolare stati quantistici in questo modo, dice Minev, può essere utile nella correzione degli errori per i computer quantistici.
L’esperimento conferma che durante un salto quantico, la particella esiste davvero in due stati contemporaneamente. “In un tipico modo quantistico, Bohr aveva ragione e torto allo stesso tempo”, afferma Minev.
