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Ricerca Unipa sul magazine internazionale di divulgazione scientifica Phys.org

10-apr-2017

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Ricerca Unipa sul magazine internazionale di divulgazione scientifica Phys.org
In un nuovo studio, fisici dell’Università di Palermo hanno sviluppato un metodo per stabilire l’entanglement reale tra particelle identiche, un argomento finora dibattuto nella comunità scientifica. I risultati forniscono una comprensione più profonda delle correlazioni che si possono creare tra le particelle elementari e hanno implicazioni nelle moderne tecnologie quantistiche. La ricerca, pubblicata sulla rivista Scientific Reports del Nature Publishing Group, è stata sviluppata da Stefania Sciara, Rosario Lo Franco del Dipartimento di Energia, Ingegneria dell’Informazione e Modelli Matematici (DEIM), e Giuseppe Compagno del Dipartimento di Fisica e Chimica (DiFC). S. Sciara si è laureata in fisica presso il DiFC con il Prof. Compagno ed è attualmente in Canada come studentessa di dottorato internazionale, in co-tutela tra il DEIM e l’INRS di Varennes (Montreal, Canada) presso il gruppo di fotonica del Prof. Roberto Morandotti.
In Natura le particelle elementari sono di diversi tipi e tutte quelle di ogni tipo (elettroni, fotoni, quark e così via) sono identiche. Sotto opportune condizioni di limitazione dell’energia coinvolta anche aggregati dello stesso tipo particelle (protoni, neutroni, atomi, ecc.) si comportano come particelle elementari identiche. L’identità delle particelle dà luogo nel mondo quantistico ad una proprietà assente nel mondo classico, cioè alla loro indistinguibilità, con la conseguenza che è privo di significato riferirsi o associare qualunque risultato fisico ad una particella specifica. L’indistinguibilità o meno delle componenti di un sistema fisico è essenziale per determinare le proprietà di correlazioni quantistiche (come l’entanglement) per scopi di Quantum Information e nella teoria della misura. È quindi cruciale disporre di metodi affidabili per caratterizzare le proprietà generali di sistemi quantistici costituiti da particelle identiche.
Idealmente, un modo conveniente per risolvere il dibattito sarebbe indagare l'entanglement tra particelle identiche utilizzando un metodo matematico chiamato “decomposizione di Schmidt”, impiegato già alle origini della teoria quantistica da Schrödinger ed utilizzato nel caso di particelle distinguibili. Tuttavia, finora non si era riusciti ad applicare direttamente questo metodo a sistemi di particelle indistinguibili ed i tentativi in tal senso sono rimasti controversi. Il risultato principale del nuovo studio è che i fisici del nostro Ateneo sono riusciti a risolvere il problema. “La chiave per ottenere questo risultato è stata l’adozione di un approccio non-standard, che abbiamo introdotto e che è stato pubblicato su Scientific Reports lo scorso anno, per descrivere sistemi di particelle identiche”, dice Compagno. I fisici si aspettano che il loro metodo fornisca un nuovo tipo di risorsa quantistica per le prossime applicazioni tecnologiche. “Nel caso in cui le funzioni d’onda delle particelle si sovrappongano, l’entanglement dovuto unicamente all’indistinguibilità e determinato tramite la decomposizione di Schmidt può essere utilizzato operativamente in protocolli di elaborazione quantistica dell’informazione, come il teletrasporto”, dice Lo Franco.
Questo studio è stato presentato da Stefania Sciara alla conferenza “Photonics North 2016, Québec City (Canada)”, grazie al quale ha vinto il premio “Best Student Presentation” (nella foto in alto la consegna del premio). La ricerca è già stata pubblicizzata dal magazine internazionale di divulgazione scientifica Phys.org  (https://phys.org/news/2017-03-physicists-controversy-identical-particle-entanglement.html), dove è risultata “best story” per l’interesse generato. Il lavoro è già nel primo quartile di visibilità online tra gli articoli della stessa età tracciati da Altmetric Score in tutti i giornali scientifici. L’impatto scientifico dell’approccio non-standard alle particelle identiche sviluppato da Lo Franco e Compagno, in cui si colloca il nuovo studio, è inoltre testimoniato dal fatto che esso è stato recente argomento della tesi di laurea magistrale di N. Mabrouk, Università di Trieste (2017), relatori Proff. F. Benatti e R. Floreanini.
Pubblicazione originale consultabile in open access: S. Sciara, R. Lo Franco and G. Compagno, Universality of Schmidt decomposition and particle identity, Sci. Rep. 7, 44675 (2017). DOI: 10.1038/srep44675.