L’esperimento del gatto gedanken di Erwin Schrödinger del 1935, ha presentato la possibilità di un intreccio tra sistemi fisici microscopici e macroscopici. Nonché il comportamento quantico risultante di oggetti macroscopici.
Negli anni successivi, i ricercatori hanno realizzato sistemi analoghi con l’intreccio tra strutture microscopiche e macroscopiche. Ad esempio, l’intreccio tra uno ione intrappolato e lo stato vibrazionale nella trappola descritta nell’opera vincitrice del premio Nobel di David Wineland.
Tuttavia, gli stati di sovrapposizione quantica macroscopica risultanti, in genere avevano utilità limitata perché la loro creazione aveva una bassa probabilità. O avevano brevi distanze di trasmissione.
Ora, Gerhard Rempe, del Max Planck Institute of Quantum Optics in Germania e i suoi colleghi, hanno prodotto deterministicamente un impulso di luce macroscopico con uno stato di sovrapposizione controllato.
Gatto di Schrodinger acquista nuova luce
Un atomo di rubidio-87 (sfera blu) è impigliato con un impulso di luce che si trova in due distinte sovrapposizioni degli stati di fase. Una misurazione dello spin collassa lo stato atomico e conduce allo stato di sovrapposizione dispari (superiore) o pari (inferiore) della luce.
Rempe ed i suoi colleghi hanno usato un singolo atomo di rubidio-87 intrappolato in una cavità ottica come l’oggetto microscopico e un laser pulsare come il gatto macroscopico. Dopo aver messo l’atomo in una sovrapposizione quantistica di stati up e down-spin, i ricercatori hanno riflesso l’impulso luminoso fuori dalla cavità ottica.
Sebbene la luce non ottenga uno spostamento di fase per un atomo nello stato di rotazione verso l’alto, ne guadagnerebbe uno per lo stato di rotazione verso il basso. Poiché l’atomo ha avuto sia rotazione ascendente che discendente, la luce ha sperimentato entrambi gli sfasamenti e si è impigliata con essa.
Dopo aver ruotato lo spin dell’atomo di 90 gradi, i ricercatori hanno misurato lo stato di spin, proiettandolo nello stato up o down. Per una misurazione spin-up, la luce era in una strana sovrapposizione degli stati di fase; per una misurazione spin-down, si trovava in una sovrapposizione uniforme.
Rempe ei suoi colleghi hanno confermato la creazione di uno stato di sovrapposizione macroscopico misurando la distribuzione di probabilità nello spazio delle fasi con un rivelatore omodino. L’esperimento condotto da Rempe e dai suoi colleghi offre più della realizzazione di un famoso esperimento mentale.
Rispetto al lavoro precedente, i risultati forniscono alcuni importanti vantaggi, come la creazione di entanglement atom-light in ogni prova. Inoltre, poiché è ottico, l’oggetto macroscopico può propagarsi senza perdere il suo stato di sovrapposizione.
Queste caratteristiche rendono la nuova tecnica particolarmente promettente per le applicazioni di rete quantistica. Il gatto di Schrödinger può diventare una nuova modalità di trasmissione delle informazioni.
