Immaginate di tirare una palla in aria.
Riuscite a prevederne il moto una volta lasciata la mano?
Certo, è facile.
La palla salirà fino a raggiungere il punto più alto,
poi tornerà giù e atterrerà di nuovo sulla vostra mano.
Certo, questo è ciò che succede,
e lo sapete perché avete assistito a eventi simili infinite volte.
Da sempre osservate la fisica dei fenomeni di tutti i giorni.
Ma immaginiamo di dover esplorare una domanda sulla fisica degli atomi,
ad esempio: com'è il moto di un elettrone
attorno al nucleo di un atomo di idrogeno?
Possiamo rispondere in base alla fisica di tutti i giorni?
Certo che no. Perché?
Perché la fisica che governa il comportamento di sistemi su scala ridotta
è molto diversa dalla fisica degli oggetti macroscopici
che vedete attorno a voi.
Il mondo che conoscete e amate
si comporta secondo le leggi della meccanica classica.
Ma i sistemi su scala atomica
si comportano secondo le leggi della meccanica quantistica.
Questo mondo quantistico è in realtà un luogo molto strano.
Un esempio di stranezza quantistica è dato da un noto esperimento concettuale:
il gatto di Schrödinger.
Un fisico, non particolarmente amante dei gatti, mette in una scatola un gatto
e una bomba con il 50% di probabilità di esplodere dopo aver chiuso la scatola.
Finché non la riapriamo, non sappiamo
se la bomba sia esplosa,
e, quindi, se il gatto sia vivo o morto.
In fisica quantistica, si dice che prima della nostra osservazione
il gatto era in uno stato di sovrapposizione.
Non era né vivo né morto, ma un insieme di entrambe le possibilità,
ciascuna con un 50 per cento di probabilità.
La stessa cosa succede ai sistemi fisici su scala quantistica,
come un elettrone in orbita in un atomo di idrogeno.
L'elettrone in realtà non orbita.
È sempre ovunque nello spazio,
con più probabilità di essere in un punto piuttosto che in un altro,
e solo dopo aver misurato la sua posizione
si può localizzare dov'è in quel momento.
Come non sapevamo se il gatto fosse vivo o morto
finché non abbiamo aperto la scatola.
Questo ci porta al fenomeno strano e affascinante
della correlazione quantistica.
Immaginiamo di avere non uno ma due gatti in due scatole diverse.
Se ripetiamo l'esperimento con i due gatti,
otterremo ogni volta un risultato diverso.
Possono essere entrambi vivi o morti,
o uno sarà vivo e l'altro morto, o viceversa.
Il sistema dei due gatti è ancora in uno stato di sovrapposizione,
e ogni esito avrà il 25 per cento di probabilità piuttosto che il 50 per cento.
Ora viene il bello:
la meccanica quantistica dice che si possono eliminare
i gatti entrambi vivi o morti dallo stato di sovrapposizione.
Quindi può esserci un sistema a due gatti,
in modo che ci sia sempre un gatto vivo e l'altro morto.
Tecnicamente gli stati dei gatti sono in correlazione quantistica.
Ma la correlazione quantistica può stupirci.
Se si prepara il sistema dei due gatti nelle scatole in stato di correlazione,
e si spostano agli estremi dell'universo,
l'esito sarà sempre lo stesso.
Un gatto sarà sempre vivo e l'altro morto,
anche se quale dei due viva o muoia rimane del tutto indeterminato
prima di misurare l'esito.
Com'è possibile?
Come possono gli stati dei gatti agli estremi dell'universo
essere correlati in questo modo?
Sono troppo distanti per comunicare nel tempo,
quindi come fanno le due bombe a cospirare in modo
che una esploda e l'altra no?
Potreste pensare:
"Questa è roba da scienziati.
Nel mondo reale queste cose non succedono."
Ma la correlazione quantistica
è stata confermata da esperimenti in laboratorio.
Due particelle subatomiche correlate in uno stato di sovrapposizione,
in cui se una gira in un senso l'altra deve girare in senso opposto,
si comporteranno così, benché non ci sia modo
che da una particella all'altra passi l'informazione
che indica la direzione in cui girare per rispettare le leggi di correlazione.
Non sorprende quindi che la correlazione sia alla base
della scienza dell'informazione quantistica,
il settore che studia come usare le leggi dello strano mondo quantistico
nel mondo macroscopico, come la crittografia quantistica,
così le spie possono inviarsi messaggi protetti,
o l'informatica quantistica, per craccare i codici segreti.
La fisica di tutti i giorni
può iniziare a assomigliare allo strano mondo quantistico.
Il teletrasporto quantistico può progredire a tal punto
che un bel giorno il vostro gatto scapperà in una galassia più sicura
dove non ci sono né fisici né scatole.