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COMUNICATO STAMPA

Roma, 30 ottobre 2017

Onda e particella: i due volti della fisica quantistica per la prima volta connessi con l'azione a distanza tra fotoni Nel Quantum Information Lab della Sapienza, in collaborazione con l’Università di Palermo, è stata osservata per la prima volta la connessione di due aspetti fondamentali del mondo quantistico: la duplice natura onda-particella dei fotoni e la loro correlazione a distanza. Lo studio, che porta con sé anche nuovi possibili risvolti tecnologici, è pubblicato su Nature Communications

Tra le proprietà della materia descritte dalla fisica quantistica, c’è la duplice natura di ogni particella che si comporta al tempo stesso come onda e come corpuscolo e l’esistenza di una profonda correlazione a distanza tra sistemi di particelle microscopiche, come i fotoni.

Questi due fenomeni, comunemente noti come “dualismo onda-particella” ed “entanglement” (per il quale Einstein coniò l’espressione “azione spettrale a distanza”), sebbene verificati più volte separatamente, finora non erano mai stati osservati in relazione tra loro.

Lo studio pubblicato su Nature Communications, coordinato a livello sperimentale nel Quantum Information Lab del Dipartimento di Fisica della Sapienza da Fabio Sciarrino e a livello teorico da Rosario Lo Franco del Dipartimento di Energia, ingegneria dell’informazione e modelli matematici dell’Università di Palermo, con altri ricercatori afferenti ad università in Cina e Vietnam, ha dimostrato che questi due aspetti fondamentali della meccanica quantistica possono coesistere.

Il gruppo internazionale di fisici, di cui il team Sapienza tutti under 40, è giunto a questi risultati attraverso la realizzazione sperimentale di uno schema teorico che utilizza fotoni polarizzati, cioè particelle di luce con una specifica direzione di oscillazione. Il primo passo del lavoro è stato quello di provare che un singolo fotone può manifestarsi simultaneamente come onda e come particella in una sovrapposizione quantistica dei due comportamenti.

Successivamente i fisici hanno creato e osservato due fotoni tali che il comportamento ondulatorio o particellare dell’uno fosse determinato dal comportamento duale dell’altro, indipendentemente dalla distanza tra i due fotoni.

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“In sintesi – dice Lo Franco – abbiamo dimostrato che un entanglement a due fotoni nella loro duplice natura onda-particella è possibile. Questo fenomeno, in analogia con la pittoresca espressione di Einstein, può essere quindi denominato ‘azione di dualità onda-particella a distanza’ e si può estendere anche a più fotoni grazie alla semplicità dello schema teorico e all’efficacia dell’apparato sperimentale”.

Infatti, il team della Sapienza ha realizzato un apparato con diversi punti di forza, tra cui un elevato grado di stabilità, una realizzazione modulare che possa essere replicata per un numero crescente di particelle, ed una completa automatizzazione del sistema.

“Stiamo adesso lavorando in due nuove direzioni – spiega Sciarrino. – Da un punto di vista concettuale, il nostro scopo è sviluppare teoricamente e sperimentalmente dei quantificatori (“witness”) delle risorse quantistiche. Da un punto di vista tecnologico, stiamo sviluppando una piattaforma integrata basata su circuiti ottici in modo da poter incrementare la complessità degli stati generati, per applicazioni nell’ambito della crittografia e della comunicazione quantistica.”

Riferimenti:

Adil S. Rab, Emanuele Polino, Zhong-Xiao Man, Nguyen Ba An, Yun-Jie Xia, Nicolò Spagnolo, Rosario Lo Franco & Fabio Sciarrino - Entanglement of photons in their dual waveparticle nature, Nature Communications 8, Article number: 915 (2017), DOI: 10.1038/s41467-017-01058-6.

Info:

Fabio Sciarrino Quantum Information Lab Dipartimento di Fisica, Sapienza Università di Roma Email: fabio.sciarrino@uniroma1.it

ANSA.it - Scienza&Tecnica - Fisica&Matematica

Redazione ANSA 30 ottobre 2017 17:56

Prima azione a distanza tra particelle ‘bifronti’ Esperimento italiano osserva fenomeno mai visto

Per la prima volta due particelle di luce che si comportano nello stesso tempo

sia come onde sia come particelle hanno esercitato un'azione a distanza l'una

sull'altra: il fenomeno, bizzarro come tutte le leggi che regnano nel mondo

dell'infinitamente piccolo studiate dalla fisica quantistica, è stato osservato per

la prima volta grazie all'esperimento italiano pubblicato sulla rivista Nature

Communications e condotto nelle università Sapienza di Roma e di Palermo.

Le possibili applicazioni riguardano le comunicazioni del futuro, incredibilmente

più veloci di quelle attuali, e la loro sicurezza per mezzo della crittografia

quantistica, ha detto Fabio Sciarrino, del Quantum Information Lab del

dipartimento di Fisica della Sapienza, che ha coordinato la ricerca a livello

sperimentale. La parte teorica è stata curata da Rosario Lo Franco, del

dipartimento di Energia, ingegneria dell'informazione e modelli matematici

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dell'università di Palermo. Hanno partecipato anche ricercatori di Cina e

Vietnam.

Il primo passo è stato dimostrare che una particella di luce (fotone) può

comportarsi sia come un'onda sia come una particella e a questo scopo i

ricercatori hanno utilizzato fotoni che oscillavano in una direzione specifica

(polarizzati). Sono stati quindi prodotti due fotoni con questa stessa

caratteristica e, osservandoli, i ricercatori si sono accorti che il comportamento

dell'uno determinava quello dell'altro, indipendentemente dalla distanza: è il

fenomeno che Einstein aveva chiamato 'azione spettrale a distanza' e che oggi i

fisici quantistici chiamano 'entanglement', una sorta di groviglio nel quale una

particella riesce a condizionare il comportamento di una particella simile anche

se sono lontane.

"Abbiamo dimostrato che un entanglement a due fotoni nella loro duplice natura

onda-particella è possibile", ha detto Lo Franco. Questo fenomeno, ha

aggiunto, può essere chiamato "azione di dualità onda-particella a distanza" e il

prossimo passo sarà riprodurlo per un numero crescente di particelle e in modo

completamente automatizzato.(ANSA).

RIPRODUZIONE RISERVATA © Copyright ANSA

poi-

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Onda e particella: i due volti della fisica

quantistica per la prima volta connessi con

l’azione a distanza tra fotoniOsservata per la prima volta la connessione di due aspetti fondamentali del mondo quantistico: la duplice natura onda-particella dei fotoni e la loro correlazione a distanza

A cura di Filomena Fotia 30 ottobre 2017 - 13:22

Nel Quantum Information Lab della Sapienza, in collaborazione con l’Università di

Palermo, è stata osservata per la prima volta la connessione di due

aspetti fondamentali del mondo quantistico: la duplice natura onda–particella dei fotoni e la loro

correlazione a distanza. Lo studio, che porta con sé anche nuovi possibili risvolti tecnologici, è

pubblicato su Nature Communications.

Tra le proprietà della materia descritte dalla fisica quantistica, c’è la duplice natura di ogni

particella che si comporta al tempo stesso come onda e come corpuscolo e l’esistenza di una profonda

correlazione a distanza tra sistemi di particelle microscopiche, come i fotoni. Questi due fenomeni,

comunemente noti come “dualismo onda-

particella” ed “entanglement” (per il quale Einstein coniò l’espressione “azione spettrale a distanza”),

sebbene verificati più volte separatamente, finora non erano mai stati osservati in relazione tra loro.

Lo studio pubblicato su Nature Communications, coordinato a livello teorico da Rosario Lo Franco del

Dipartimento di Energia, Ingegneria dell’Informazione e Modelli Matematici dell’Università di Palermo,

con altri ricercatori afferenti ad università in Cina e Vietnam, e a livello sperimentale nel Quantum

Information Lab del Dipartimento di Fisica della Sapienza da Fabio Sciarrino ha dimostrato che questi due

aspetti fondamentali della meccanica quantistica possono coesistere.

Il gruppo internazionale di giovani fisici è giunto a questi risultati attraverso la realizzazione sperimentale

di uno schema teorico che utilizza fotoni polarizzati, cioè particelle di luce con una specifica direzione di

oscillazione. Il primo passo del lavoro è stato quello di provare che un singolo fotone può manifestarsi

simultaneamente come onda e come particella in una sovrapposizione quantistica dei due comportamenti.

Successivamente i fisici hanno creato e osservato due fotoni tali che il comportamento ondulatorio o

particellare dell’uno fosse determinato dal comportamento duale dell’altro, indipendentemente dalla

distanza tra i due fotoni. “In sintesi – dice Lo Franco – abbiamo dimostrato che un entanglement a due

fotoni nella loro duplice natura onda-particella è possibile. Questo fenomeno, in analogia con la pittoresca

espressione di Einstein, può essere quindi denominato ‘azione di dualità onda-particella a distanza’ e si

può estendere anche a più fotoni grazie alla semplicità dello schema teorico e all’efficacia dell’apparato

sperimentale”.

Infatti, il team della Sapienza ha realizzato un apparato con diversi punti di forza, tra cui un elevato grado

di stabilità, una realizzazione modulare che possa essere replicata per un numero crescente di particelle,

ed una completa automatizzazione del sistema. “Stiamo adesso lavorando in due nuove direzioni – spiega

Sciarrino. – Da un punto di vista concettuale, il nostro scopo è sviluppare teoricamente e

sperimentalmente dei quantificatori (“witness”) delle risorse quantistiche. Da un punto di vista

tecnologico, stiamo sviluppando una piattaforma integrata basata su circuiti ottici in modo da poter

incrementare la complessità degli stati generati, per applicazioni nell’ambito della crittografia e della

comunicazione quantistica.”

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Lunedì 30 Ottobre 2017

Fisica quantistica, onda e particella connesse con azione fotoniQuantum Information Lab Sapienza e Università Palermo

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Roma, 30 ott. (askanews) – Tra le proprietà della materia descritte dalla fisica

quantistica, c’è la duplice natura di ogni particella che si comporta al tempo

stesso come onda e come corpuscolo e l’esistenza di una profonda correlazione

a distanza tra sistemi di particelle microscopiche, come i fotoni. Questi due

fenomeni, comunemente noti come “dualismo onda-particella” ed

“entanglement” (per il quale Einstein coniò l’espressione “azione spettrale a

distanza”), sebbene verificati più volte separatamente, finora non erano mai

stati osservati in relazione tra loro.

Lo studio pubblicato su Nature Communications, coordinato a livello

sperimentale nel Quantum Information Lab del Dipartimento di Fisica della

Sapienza da Fabio Sciarrino e a livello teorico da Rosario Lo Franco del

Dipartimento di Energia, ingegneria dell’informazione e modelli matematici

dell’Università di Palermo, con altri ricercatori afferenti ad università in Cina e

Vietnam, ha dimostrato che questi due aspetti fondamentali della meccanica

quantistica possono coesistere.

Il gruppo internazionale di fisici, di cui il team Sapienza tutti under 40, è giunto a

questi risultati attraverso la realizzazione sperimentale di uno schema teorico

che utilizza fotoni polarizzati, cioè particelle di luce con una specifica direzione

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di oscillazione. Il primo passo del lavoro è stato quello di provare che un singolo

fotone può manifestarsi simultaneamente come onda e come particella in una

sovrapposizione quantistica dei due comportamenti.

Successivamente i fisici hanno creato e osservato due fotoni tali che il

comportamento ondulatorio o particellare dell’uno fosse determinato dal

comportamento duale dell’altro, indipendentemente dalla distanza tra i due

fotoni. “In sintesi – dice Lo Franco – abbiamo dimostrato che un entanglement a

due fotoni nella loro duplice natura onda-particella è possibile. Questo

fenomeno, in analogia con la pittoresca espressione di Einstein, può essere

quindi denominato ‘azione di dualità onda-particella a distanza’ e si può

estendere anche a più fotoni grazie alla semplicità dello schema teorico e

all’efficacia dell’apparato sperimentale”.

Infatti, il team della Sapienza ha realizzato un apparato con diversi punti di

forza, tra cui un elevato grado di stabilità, una realizzazione modulare che possa

essere replicata per un numero crescente di particelle, ed una completa

automatizzazione del sistema. “Stiamo adesso lavorando in due nuove direzioni

– spiega Sciarrino -. Da un punto di vista concettuale, il nostro scopo è

sviluppare teoricamente e sperimentalmente dei quantificatori (“witness”) delle

risorse quantistiche. Da un punto di vista tecnologico, stiamo sviluppando una

piattaforma integrata basata su circuiti ottici in modo da poter incrementare la

complessità degli stati generati, per applicazioni nell’ambito della crittografia e

della comunicazione quantistica”.

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