Come salvare il gatto di Schrödinger

Un computer quantistico

I ricercatori di Yale hanno capito come catturare e salvare il famoso gatto di Schrödinger, il simbolo della sovrapposizione quantistica e dell'imprevedibilità, anticipando i suoi salti e agendo in tempo reale per salvarlo dalla rovina proverbiale. Nel processo,  si capovolgono anni di un dogma fondamentale nella fisica quantistica.

La scoperta consente ai ricercatori di creare un sistema di allarme rapido per imminenti salti di atomi artificiali contenenti informazioni quantistiche. 

Il gatto di Schrödinger è un noto paradosso usato per illustrare il concetto di sovrapposizione - la possibilità per due stati opposti di esistere simultaneamente - e l'imprevedibilità nella fisica quantistica. L'idea è che un gatto sia posto in una scatola sigillata con una fonte radioattiva e un veleno che verrà attivato se un atomo della sostanza radioattiva decade. La teoria della sovrapposizione della fisica quantistica suggerisce che finché qualcuno non apre la scatola, il gatto è sia vivo che morto, in pratica una sovrapposizione di stati. L'apertura della scatola per osservare il gatto lo fa cambiare improvvisamente il suo stato quantico in modo casuale, costringendolo a essere vivo o morto.

Il salto quantico è il cambiamento discreto (non continuo) e casuale nello stato in cui viene osservato.

L'esperimento, eseguito nel laboratorio del professore di Yale Michel Devoret e proposto dall'artista principale Zlatko Minev, scruta per la prima volta l'effettivo funzionamento di un salto quantico. Viene rivelata una scoperta sorprendente che contraddice la visione consolidata del fisico danese Niels Bohr - i salti non sono né improvvisi né casuali come si pensava in precedenza.

Per un oggetto minuscolo come un elettrone, una molecola o un atomo artificiale contenente informazioni quantistiche (noto come un qubit), un salto quantico è la transizione improvvisa da uno dei suoi stati energetici discreti a un altro. Nello sviluppo di computer quantistici, i ricercatori devono fare i conti con i salti dei qubit, che sono le manifestazioni degli errori nei calcoli.

Gli enigmatici salti quantici furono teorizzati da Bohr un secolo fa, ma non osservati fino agli anni '80, negli atomi.

"Questi salti si verificano ogni volta che misuriamo un qubit, -ha detto  FW Beinecke Devoret, professore di fisica applicata e fisica a Yale e membro dello Yale Quantum Institute- i salti quantici sono noti per essere imprevedibili nel lungo periodo."

"Nonostante ciò, -ha aggiunto Minev -, volevamo sapere se fosse stato possibile ottenere un segnale di avvertimento in anticipo che un salto sta per verificarsi imminente".

Minev ha notato che l'esperimento è stato ispirato da una previsione teorica del professore Howard Carmichael dell'Università di Auckland, pioniere della teoria della traiettoria quantistica e co-autore della ricerca.

Oltre al suo impatto fondamentale, la scoperta è un potenziale importante progresso nella comprensione e nel controllo delle informazioni quantistiche.Si sostiene che gestire in modo affidabile i dati quantici e correggere gli errori non appena si verificano è una sfida chiave nello sviluppo di computer quantistici pienamente utili.