Nobel per la Fisica a Aspect, Clauser e Zeilinger, pionieri della meccanica quantistica

Il riconoscimento ai tre scienziati per avere aperto la strada ai potenti e velocissimi computer quantistici, misure più precise e crittografia a prova di hacker

Il premio Nobel per la Fisica 2022 è stato assegnato oggi ad Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger “per gli esperimenti con fotoni entangled, che hanno stabilito la violazione delle disuguaglianze di Bell e hanno aperto la strada alla scienza dell’informazione quantistica”.

“Sono dei grandi fisici, i quali si sono occupati di un fenomeno quantistico estremamente interessante, che è l’essenza della meccanica quantistica, che è l’entanglement”, ha commentato il premio Nobel per la Fisica dello scorso anno, Giorgio Parisi.
Utilizzando esperimenti rivoluzionari, Alain Aspect, professore all’Université Paris-Saclay e all’École Polytechnique in Francia, John Clauser, ricercatore JF Clauser & Assoc. negli Stati Uniti, e Anton Zeilinger, professore all’Università di Vienna in Austria, hanno dimostrato il potenziale per indagare e controllare le particelle che si trovano in stati entangled. Ciò che accade a una particella in una coppia entangled determina ciò che accade all’altra, anche se sono davvero troppo distanti per influenzarsi a vicenda. Lo sviluppo di strumenti sperimentali da parte dei vincitori ha gettato le basi per una nuova era della tecnologia quantistica.

“Questa idea dell’entanglement era nata all’epoca dai famosi lavori di Einstein e Podolsky, che in qualche modo cercavano di distruggere la meccanica quantistica con il loro paradosso”, ha spiegato Parisi. “Alla fine, quello che si è scoperto è che la soluzione del paradosso consisteva anche nell’entanglement e quello che aveva fatto poi vedere Bell, negli anni ‘60, un grande fisico inglese del Cern a Ginevra, è che la meccanica quantistica aveva delle predizioni che non erano assolutamente compatibili con la meccanica classica, né con la teoria di quella che veniva chiamata la ‘variabile nascosta’, cioè che ci fosse una realtà deterministica, ma che fosse fondamentale una meccanica quantistica come Einstein non la voleva, cioè con ‘Dio che gioca ai dadi’.”

Gli ineffabili effetti della meccanica quantistica cominciano a trovare applicazioni. Ora esiste un ampio campo di ricerca che include computer quantistici, reti quantistiche e comunicazioni crittografate quantistiche sicure. Un fattore chiave in questo sviluppo è il modo in cui la meccanica quantistica consente a due o più particelle di esistere in quello che viene chiamato stato entangled. Ciò che accade a una delle particelle in una coppia entangled determina ciò che accade all’altra particella, anche se sono distanti.

Per molto tempo, la domanda è stata se la correlazione fosse dovuta al fatto che le particelle in una coppia entangled contenevano variabili nascoste, istruzioni che indicavano loro quale risultato avrebbero dovuto fornire in un esperimento. Negli anni ’60, John Stewart Bell sviluppò la disuguaglianza matematica che porta il suo nome. Questa afferma che se ci sono variabili nascoste, la correlazione tra i risultati di un gran numero di misurazioni non supererà mai un certo valore. Tuttavia, la meccanica quantistica prevede che un certo tipo di esperimento violerà la disuguaglianza di Bell, risultando così in una correlazione più forte di quanto sarebbe altrimenti possibile.

John F. Clauser è nato nel 1942 a Pasadena, negli Stati Uniti. Ha raggiunto il suo dottorato di ricerca nel 1969 presso la Columbia University, New York. John Clauser ha sviluppato le idee di John Bell, portando a un esperimento pratico. Quando ha effettuato le misurazioni, queste hanno supportato la meccanica quantistica violando chiaramente una disuguaglianza di Bell. Ciò significa che la meccanica quantistica non può essere sostituita da una teoria che utilizza variabili nascoste.

Già nel 2013, Alain Aspect, aveva vinto il Premio Balzan per l’informatica e la comunicazione quantistica, ed è oggi tra i vincitori del Premio Nobel 2022 per la Fisica assieme a Clauser e Zeilinger. Alain Aspect è nato nel 1947 ad Agen, in Francia. Il suo dottorato di ricerca nel 1983 presso l’Università Paris-Sud, Orsay, lo ha portato a diventare professore all’Université Paris-Saclay e all’École Polytechnique, Palaiseau, in Francia. Nel 1982, all’Università di Parigi, ha condotto numerosi esperimenti di successo, ai quali deve la sua notorietà, sulla correlazione quantistica fra particelle e quindi sul paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen, verificando la violazione della disuguaglianza di Bell. Attualemente Aspect è direttore del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), in Francia e membro dell’Accademia delle Scienze Francese. Tra i vari premi, oltre il Nobel di oggi ed il Premio Balzan 2013, ha ricevuto la Medaglia d’Oro del CNRS nel 2005 e è stato il vincitore del Premio Wolf nel 2010 per le sue ricerche nell’ambito dell’ottica quantistica e della fisica atomica. Alain Aspect ha sviluppato la configurazione dopo l’esperimento di John Clauser, utilizzandola in un modo che ha colmato un’importante scappatoia. È stato in grado di cambiare le impostazioni di misurazione dopo che una coppia entangled aveva lasciato la sua sorgente, quindi l’impostazione esistente al momento dell’emissione non poteva influire sul risultato.

Anton Zeilinger è nato nel 1945 a Ried im Innkreis, in Austria. Ha ottenuto il dottorato di ricerca nel 1971 presso l’Università di Vienna ed è attualmente professore della stessa università. Utilizzando strumenti estremamente precisi ed una lunga serie di esperimenti, Anton Zeilinger ha iniziato a utilizzare concretamente stati quantistici entangled. Tra le altre cose, il suo gruppo di ricerca ha dimostrato un fenomeno chiamato teletrasporto quantistico, che consente di spostare uno stato quantistico da una particella a un’altra a distanza.

“È diventato sempre più chiaro che sta emergendo un nuovo tipo di tecnologia quantistica. Possiamo vedere che il lavoro dei vincitori con gli stati entangled è di grande importanza, anche al di là delle domande fondamentali sull’interpretazione della meccanica quantistica”, ha affermato Anders Irbäck, presidente del Comitato per il Nobel per la Fisica. Proprio dal cuore di uno dei centri europei di ricerca su questi temi, arriva il commento di Giordano Scappucci ricercatore italiano che lavora presso QuTech (www.qutech.nl), l’istituto di ricerca di TU Delft (Universita’ Tecnica di Delft, in Olanda) che ha la missione di sviluppare prototipi di computer quantistici basati sulle leggi fondamentali della meccanica quantistica. “Il Nobel di quest’anno per la fisica – ha spiegato – va a tre giganti e pionieri dell’informazione quantistica, che agli albori di questa disciplina, hanno studiato l’entanglement a distanza tra fotoni”. “L’entanglement è un fenomeno della meccanica quantistica che permette di trasmettere informazione quantistica a distanza di cui – spiega Scappucci – lo stesso Einstein ne dubitava l’esistenza. Ora questi esperimenti lo hanno dimostrato senza dubbi”. Questo premio, conclude “è anche un riconoscimento quanto mai attuale, visto i progressi che l’informazione quantistica sta effettuando negli ultimi anni verso lo sviluppo di un quantum computer e quantum internet”.

di Alessandro Berlingeri