Che cos’e’ l’Entanglement?

Che cos’e’ l’Entanglement?

Scienza e Fisica Quantistica

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L’entanglement quantistico rappresenta uno dei fenomeni più misteriosi, e tuttora sostanzialmente
inspiegati, di tutta la fisica: capiamo meglio di cosa si tratta e in cosa consiste questo “mistero”

Luigi Maxmilian Caligiuri – 29/08/2022

Anche se la loro spiegazione è ancora lontana, i bizzarri fenomeni della meccanica quantistica, tra
i quali l’Entanglement, sono alla base di tante tecnologie quotidianamente utilizzate, dal computer
al laser, dalle celle solari ai dispositivi biomedicali. Inoltre costringono la scienza a indagare
nuove teorie e possibilità, dalle interazioni superluminali alla “morte” quantistica dell’Universo

La meccanica quantistica rappresenta senza dubbio il capitolo più misterioso di tutta la fisica:
anche chi non possiede una formazione scientifica specialistica può rendersi facilmente conto e
delle sue innumerevoli stranezze, in grado di violare così palesemente il senso comune. Queste
“contraddizioni” rappresentano, d’altra parte, il fondamento concettuale delle più importanti teorie
fisiche moderne e sono oramai comunemente accettate “in quanto tali”, dal momento che i modelli che
da esse derivano sono in grado di descrivere buona parte dei risultati sperimentali finora
disponibili.

Entanglement, quesito sconosciuto

Il comportamento ondulatorio della materia previsto dalla meccanica quantistica è inoltre alla base
di un altro sorprendente fenomeno, tipicamente quantistico, noto come entanglement (ovvero
intreccio) che caratterizza gli stati quantici di sistemi fisici (microscopici) tra loro
interagenti. Si può certamente affermare che l’entanglement quantistico rappresenta uno dei fenomeni
più misteriosi, e tuttora sostanzialmente inspiegati, di tutta la fisica a tal punto che Erwin
Shrodinger, uno dei padri fondatori della meccanica quantistica lo definiva il “tratto
caratterizzante” della teoria quantistica, e Albert Einstein non riuscì mai ad accettarlo fino in
fondo tanto da ritenerlo la prova stessa che la meccanica quantistica fosse una teoria
sostanzialmente inesatta (o quantomeno incompleta).

In estrema sintesi, il concetto di entanglement è basato sull’assunzione che gli stati quantistici
di due particelle microscopiche A e B (ma anche, in una certa misura, dei sistemi macroscopici)
inizialmente interagenti possano risultare legati (appunto “intrecciati”) tra loro in modo tale che,
anche quando le due particelle vengono poste a grande distanza l’una dall’altra, la modifica che
dovesse occorrere allo stato quantistico della particella A istantaneamente avrebbe un effetto
misurabile sullo stato quantistico della particella B, determinando in tal modo il fenomeno della
cosiddetta “azione fantasma a distanza” (spooky action at distance).

Secondo lo stesso Einstein, l’esistenza di una tale “interazione” a distanza metterebbe in seria
crisi la nostra concezione di come la natura funziona, determinando conseguenze paradossali (come
quelle descritte dal cosiddetto paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen, altrimenti noto come EPR).
Tale affermazione, come divenne chiaro molti decenni dopo, deve essere interpretata esclusivamente
con riferimento alla Teoria della Relatività e non può essere ritenuta di validità generale.

Nel 1964 il fisico John Bell ricava una diseguaglianza matematica (nota, appunto, come
diseguaglianza di Bell) che quantifica il massimo grado di correlazione tra gli stati quantici di
particelle spazialmente distanti nell’ambito di esperimenti in cui sono soddisfatte tre
“ragionevoli” condizioni:

gli sperimentatori hanno libero arbitrio nell’imporre le condizioni iniziali dell’esperimento;

le proprietà delle particelle che vengono misurate sono reali e preesistenti e non emergono soltanto
al momento dell’esperimento;

nessuna interazione tra le particelle può avere luogo a una velocità maggiore di quella assunta
dalla luce nel vuoto (che, in accordo con i postulati della Teoria della Relatività di Einstein,
costituirebbe dunque un limite assoluto nell’Universo).

Ebbene, com’è stato provato nell’ambito d’innumerevoli esperimenti appositamente progettati ed
eseguiti al fine di verificare la predetta diseguaglianza, la meccanica quantistica puntualmente
viola la condizione imposta da quest’ultima, fornendo livelli di correlazione tra particelle lontane
superiori rispetto a quelli occorrenti se la diseguaglianza di Bell fosse rispettata.

Tale risultato pone innanzitutto un interrogativo di natura “filosofica”: è forse possibile che il
comportamento del sistema fisico risulti in qualche maniera predeterminato, ossia indipendente dalla
nostra possibilità di scegliere a piacimento le condizioni sperimentali, nel fornire il risultato
ottenuto?

Oppure dobbiamo ritenere che le proprietà quantistiche misurabili delle particelle non siano “reali”
(ossia inerenti la natura stesse delle medesime particelle) ma esistano “semplicemente” come
risultato delle nostre percezioni (o più precisamente delle nostre misurazioni eseguite sul sistema
fisico in questione)?

Se non siamo disposti a ritenere, com’è ragionevole che sia, che la realtà che sperimentiamo sia
creata esclusivamente dalla nostra interazione con il mondo circostante all’atto della percezione o
della misurazione, allora dobbiamo accettare la possibilità che l’interazione quantistica a distanza
tra particelle intrecciate si trasmetta a una velocità superiore a quella della luce nel vuoto.

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