Nell’immaginario comune, e fino a oggi anche nella pratica scientifica consolidata, l’entanglement quantistico è sempre stato considerato un fenomeno estremamente fragile ed elusivo. Per decenni i ricercatori hanno isolato singoli atomi, fotoni o complessi circuiti superconduttori all’interno di camere a vuoto sofisticate, operando a temperature prossime allo zero assoluto per proteggere questo delicato stato quantistico dalle interferenze distruttive dell’ambiente macroscopico circostante. Tuttavia, un team internazionale di fisici guidato dalla TU Wien ha scardinato questa convinzione radicata, rilevando per la prima volta un forte entanglement multipartitico all’interno di un cristallo solido della dimensione di un centimetro.
Si tratta di un oggetto macroscopico, abbastanza grande da poter essere tenuto letteralmente nel palmo di una mano, che sfida la classica separazione tra il mondo microscopico dei quanti e la realtà tangibile di tutti i giorni.
Il mistero del metallo strano Ce₃Pd₂₀Si₆
Il materiale protagonista di questa straordinaria scoperta è il Ce₃Pd₂₀Si₆, un composto chimico avanzato formato da cerio, palladio e silicio che appartiene alla classe emergente dei cosiddetti metalli strani. Questi materiali sono celebri all’interno della comunità scientifica per il loro rifiuto categorico di comportarsi come i conduttori convenzionali. La loro resistenza elettrica varia infatti in modo del tutto insolito al variare della temperatura e precedenti sperimentazioni hanno suggerito che la corrente elettrica possa scorrere al loro interno generando un rumore di fondo sorprendentemente basso. Questo comportamento anomalo deriva proprio dalle forti interazioni elettroniche interne, rendendo i metalli strani il terreno di caccia ideale per gli scienziati che cercano manifestazioni macroscopiche di fenomeni quantistici complessi.
La tecnica di misurazione: scattering di neutroni e informazione di Fisher
Per riuscire a guardare dentro la struttura intima del cristallo senza distruggerla, i ricercatori si sono affidati alle tecnologie avanzate dell’Institut Laue-Langevin di Grenoble, dove hanno impiegato con successo la tecnica dello scattering anelastico di neutroni. In termini semplici, il team ha bombardato il materiale con un flusso continuo di neutroni, analizzando accuratamente il modo in cui queste particelle venivano deviate e quanta energia perdevano interagendo con la struttura interna del solido. I dati grezzi così ottenuti sono stati successivamente analizzati utilizzando l’informazione quantistica di Fisher, uno strumento matematico d’avanguardia derivato dalla metrologia quantistica. Questo algoritmo matematico ha la capacità unica di rivelare se le diverse componenti di un sistema dinamico stanno agendo in modo indipendente o se si muovono all’unisono come un unico blocco intrecciato.
Un legame quantistico che unisce almeno nove entità
L’analisi rigorosa dei dati ha portato a una conclusione sorprendente che ridefinisce i confini della fisica dello stato solido. La risposta dinamica del cristallo di Ce₃Pd₂₀Si₆ non poteva in alcun modo essere spiegata ipotizzando che le singole particelle stessero agendo in autonomia o in modo disconnesso. Al contrario, i dati statistici e i modelli teorici hanno dimostrato in modo inequivocabile la presenza di gruppi composti da almeno nove entità quantistiche entangled che agivano in perfetta coordinazione collettiva. Questo risultato rappresenta una delle prove più solide mai ottenute della presenza di un entanglement multifunzionale e strutturato all’interno di un materiale sfuso, dimostrando che la bizzarria quantistica può manifestarsi in configurazioni molto più grandi rispetto ai singoli atomi isolati.
Limiti sperimentali e il futuro della tecnologia quantistica
Nonostante il profondo entusiasmo generato nella comunità scientifica internazionale, gli autori della ricerca pubblicata sulla prestigiosa rivista Nature Physics invitano alla massima cautela ed evidenziano alcuni importanti dettagli tecnici. Questo esperimento non rappresenta una dimostrazione di entanglement a temperatura ambiente e il cristallo non si trovava in uno stato di sovrapposizione macroscopica simile al celebre paradosso del gatto di Schrödinger. Per ottenere la misurazione, che rimane di tipo indiretto, il campione è stato sottoposto a temperature estremamente basse e immerso in un campo magnetico accuratamente sintonizzato. Di conseguenza, la dicitura di cristallo a misura di mano si riferisce prettamente alle dimensioni fisiche del campione analizzato e non a una sua immediata applicazione pratica nei computer quantistici commerciali per l’uso quotidiano.
Una nuova era per la scienza dell’informazione quantistica
L’impatto a lungo termine di questa scoperta resta comunque di portata storica poiché fornisce agli scienziati un ponte concettuale fondamentale per unire due mondi che storicamente hanno parlato lingue molto differenti, ovvero la scienza dell’informazione quantistica e la fisica della materia condensata. Riuscire a rilevare e mappare l’entanglement nei materiali quantistici macroscopici apre la strada alla progettazione ingegneristica di nuovi composti stabili dotati di proprietà elettroniche e magnetiche rivoluzionarie. La consapevolezza che la complessità quantistica possa nascondersi e persistere all’interno di oggetti reali che possiamo vedere e toccare cambia per sempre il nostro modo di esplorare la materia, dimostrando che il confine tra il mondo microscopico e quello macroscopico è molto più sfumato di quanto abbiamo mai osato immaginare.
