Gli scienziati hanno sviluppato un approccio innovativo per generare entanglement quantistico tra particelle subatomiche grazie all’uso dell’intelligenza artificiale, aprendo nuove prospettive per le tecnologie quantistiche. L’entanglement, un fenomeno descritto da Albert Einstein come “azione spettrale a distanza”, consente a particelle come i fotoni di condividere informazioni indipendentemente dalla loro separazione spaziale. Questo effetto è alla base di molte applicazioni in fisica quantistica, dai computer quantistici alle reti di comunicazione ultra-sicure.
Tuttavia, creare entanglement quantistico è tradizionalmente un processo complesso. La tecnica classica richiede la produzione di due coppie di fotoni entangled, seguita da una misurazione dello stato di Bell, che determina l’intensità del legame quantistico. Questa operazione porta al collasso del sistema quantistico, lasciando entangled due fotoni che non hanno mai interagito direttamente. Questo meccanismo, noto come scambio di entanglement, è essenziale per il teletrasporto quantistico.
Un’innovazione rivoluzionaria grazie a PyTheus
Uno studio pubblicato il 2 dicembre 2024 su Physical Review Letters ha dimostrato che l’intelligenza artificiale può semplificare radicalmente il processo di entanglement quantistico. Gli scienziati hanno utilizzato PyTheus, un avanzato algoritmo di intelligenza artificiale progettato per ottimizzare esperimenti di ottica quantistica. Inizialmente, i ricercatori intendevano replicare metodi già noti per la generazione di entanglement. Tuttavia, PyTheus ha fornito una soluzione alternativa molto più semplice ed efficiente.
Secondo Sofia Vallecorsa, fisica presso il CERN, che non ha partecipato alla ricerca, “il team ha addestrato una rete neurale su un vasto insieme di dati sperimentali, permettendole di apprendere autonomamente la fisica dell’entanglement”.
L’intelligenza artificiale ha individuato un nuovo meccanismo per generare entanglement basato sull’indistinguibilità dei percorsi fotonici. Quando le fonti dei fotoni sono rese indistinguibili, l’entanglement può emergere spontaneamente. Sebbene inizialmente gli scienziati fossero scettici, i ripetuti risultati coerenti ottenuti dall’algoritmo li hanno convinti a testare la teoria.
Modificando le condizioni sperimentali per garantire l’indistinguibilità delle fonti, i ricercatori hanno effettivamente creato coppie di fotoni entangled in modo più semplice rispetto ai metodi convenzionali. Questa scoperta potrebbe avere conseguenze significative nel campo delle reti quantistiche, facilitando lo sviluppo di un internet quantistico più accessibile e scalabile.
Le implicazioni per le reti quantistiche e la comunicazione sicura
L’applicazione pratica di questo metodo potrebbe rivoluzionare il settore delle comunicazioni quantistiche, migliorando la fattibilità di reti sicure basate su entanglement. “Maggiore è la semplicità della tecnologia, più ampie saranno le sue applicazioni,” ha dichiarato Vallecorsa. “La possibilità di creare reti quantistiche più complesse con configurazioni geometriche diversificate potrebbe avere un impatto rivoluzionario rispetto agli attuali sistemi punto-a-punto.”
Tuttavia, restano ancora sfide da affrontare prima di un’implementazione su vasta scala. Il rumore ambientale e le imperfezioni nei dispositivi potrebbero influenzare la stabilità del sistema, rendendo necessarie ulteriori ottimizzazioni.
L’intelligenza artificiale come strumento per la ricerca quantistica
Questo studio offre anche un’importante dimostrazione del potenziale dell’intelligenza artificiale nel campo della fisica quantistica. Nonostante un certo scetticismo sulla crescente automazione nei processi di ricerca, gli esperti riconoscono che strumenti come PyTheus possono diventare alleati preziosi per gli scienziati.
“L’intelligenza artificiale non sostituisce il ruolo del fisico, ma può accelerare scoperte fondamentali,” ha affermato Vallecorsa. “Questo esperimento mostra chiaramente come gli algoritmi possano essere utilizzati come strumenti potenti per esplorare nuove frontiere della scienza.”
