L’entanglement quantistico delle particelle è ormai un’arte consolidata. Se si prendono due o più particelle non misurate e si correlano in modo tale che le loro proprietà si confondano e si specchino l’una nell’altra. Misurando una, le proprietà corrispondenti dell’altra si bloccano istantaneamente, anche se separate da una grande distanza.

In una nuova ricerca, i fisici hanno teorizzato un modo audace per modificarlo intrappolando due particelle di tipi molto diversi: una unità di luce, o fotone, con un fonone, l’equivalente quantistico di un’onda sonora.

I fisici Changlong Zhu, Claudiu Genes e Birgit Stiller dell’Istituto Max Planck per la Scienza della Luce in Germania hanno denominato il loro nuovo sistema proposto entanglement ottico-acustico.

Questo rappresenta un sistema ibrido che utilizza due particelle fondamentali molto diverse, stabilendo una forma di entanglement che è unicamente resistente al rumore esterno, uno dei più grandi problemi che affronta la tecnologia quantistica, rendendolo un passo significativo verso dispositivi quantistici più robusti.

L’entanglement quantistico ha applicazioni promettenti per la comunicazione quantistica ad alta velocità e il calcolo quantistico. La fisica unica che definisce particelle isolate e intrappolate prima e dopo che vengono misurate le rende ideali per una serie di utilizzi, dalla crittografia ad algoritmi ad alta velocità.

Ma lo stato quantico delicato richiesto per questi processi può facilmente rompersi, un problema che ha limitato la sua realizzazione in applicazioni pratiche.

Gli scienziati stanno lavorando per risolvere questo problema, con alcune vie promettenti. L’alta dimensionalità riduce l’impatto del rumore deteriorante, così come l’aggiunta di più particelle al sistema intrappolato. È molto probabile che una soluzione funzionante comporterà più di una via, quindi più opzioni abbiamo, più è probabile che venga trovata la combinazione corretta.

Il percorso che Zhu e i suoi colleghi hanno investigato ha coinvolto l’accoppiamento di fotoni non con altri fotoni, ma con una “particella” di una propagazione completamente diversa: il suono. Questo è piuttosto complicato da ottenere, perché fotoni e fononi viaggiano a velocità diverse e hanno livelli di energia differenti.

I ricercatori hanno mostrato come le particelle possano essere intrappolate sfruttando un processo chiamato scattering di Brillouin, mediante il quale la luce viene dispersa da onde di vibrazioni sonore generate dal calore tra gli atomi di un materiale.

Nel loro sistema proposto a stato solido, i ricercatori pulserebbero la luce laser e le onde acustiche in un waveguide attivo di Brillouin a stato solido su chip, progettato per indurre lo scattering di Brillouin. Quando i due quanti viaggiano lungo la stessa struttura fotonica, il fonone viaggia a una velocità molto più lenta, il che porta allo scattering che può intrappolare particelle che portano livelli di energia drammaticamente diversi.

Ciò che rende questo ancora più interessante è che può essere realizzato a temperature più elevate rispetto agli approcci standard di entanglement, portando l’entanglement fuori dalla zona criogenica e riducendo potenzialmente la necessità di attrezzature costose e specializzate.

Richiede ulteriori indagini e sperimentazioni, ma è un risultato promettente, dicono i ricercatori.

“Il fatto che il sistema operi su un ampio spettro di modalità ottiche e acustiche,” scrivono, “porta a una nuova prospettiva di entanglement con modalità continue con grande potenziale per applicazioni in calcolo quantistico, archiviazione quantistica, metrologia quantistica, teletrasporto quantistico, comunicazione quantistica assistita dall’entanglement e l’esplorazione del confine tra mondi classici e quantistici.”

La ricerca è stata pubblicata in Physical Review Letters.