Enigmi del mondo quantistico,Enigmi del mondo quantistico,
l’entanglement, il teletrasporto,l’entanglement, il teletraspor...
Galileo presenta il cannocchiale al
Senato della Repubblica veneta (1609)
1609: Galileo presenta il suo cannocchiale
L’oggetto: la Via Lattea, le nebulose,
i 4 satelliti di Giove
Lo strumento ampl...
1900: Fisica dei quanti: Planck, Einstein, Bohr, Dirac
Tutti i processi di interazione tra i corpi (i “campi di forza”)
so...
Teoria quantistica
Dai fotoni , atomi, molecole, alle particelle
elementari alla strutture cosmologiche
dell’Universo:
Ese...
Conferenza di Solvay (1927)
Lo scopo della nostra descrizione della
natura non e’ il cercare l’essenza reale dei
fenomeni ma soltanto l’indagare con l...
“Nulla possiamo pensare di un qualsiasi oggetto se
non della possibilita’ delle sue connessioni con
altre cose…”
L.Wittgen...
• (XIX secolo) I campi nello spazio vuoto hanno
realta’ fisica. Ma non il mezzo che li sostiene
(etere)
• (XXI secolo) Le ...
“A phenomenon is not a phenomenon until is
a measured phenomenon…”
J. A. Wheeler
“Esiste la luna in cielo se io non la gua...
Zurek, Physics Today, October 1991, page 38
La frontiera fra il mondo classico e quello quantisticoLa frontiera fra il mon...
“Il Reale velato”
B. D’Espagnat
“L’informazione e’ fisica”
R.Landauer
La fisica e’ informazione
(espressa esclusivamente
dalla matematica “funzione d’onda...
La funzione d’onda
Φ
Funzione matematica soluzione dell’equazione di Schroedinger
______________
Qubit (Quantum bit)
Unità...
Dinamica di Φ
-Processo U: Evoluzione deterministica: equazione
di Schroedinger. (Trasformazione lineare unitaria)
-Proces...
“It from bit”
La realta’ e’ creata anche dalle nostre
domande
John Arcibald Wheeler
Informazione quantistica: prospettiva
“reduzionista” ed “ermeneutica”
della fisica moderna
Ossia, intesa alla conoscenza e...
Correlazioni tra campiCorrelazioni tra campi
L’InterferenzaL’Interferenza
“…the heart of quantum mechanics. In“…the heart ...
Interferenza a singola particella
parete a
2 fenditure
Sorgente
A
B
schermo
Interferenza a singola particella
parete
Sorgente
A
B
otturatore
Interferenza a singola particella
parete
Sorgente
A
B
otturatore
Interferenza a singola particella
parete
Sorgente
A
B
otturatore
Interferenza a singola particella
parete
Sorgente
Probabilità
di rivelare
una particella
PA(x)
A
B
otturatore
Interferenza a singola particella
parete
Sorgente Probabilità
di rivelare
una particella
PB(x)
A
B
otturatore
Comportamento “classico”
parete
Sorgente
A
B Probabilità
di rivelare
una particella
P(x) = PA(x) + PB(x)
Interferenza quantistica
A
B
Probabilità totale
di rivelare
una particella
P(x)
Frange di
interferenza
Da quale fenditura ...
Il principio diIl principio di
sovrapposizionesovrapposizione
________________
In fisica classica si sommano le probabilit...
Interferenza quantistica
BpercorsosulfotoneApercorsosulfotone
BA
+
=Φ+Φ
Fisica classica:Fisica classica: una particella pu...
Molto generalmente, in tutti gli spazi
delle variabili dinamiche
quantistiche del sistema fisico:
“Feynman paths interfere...
La funzione d’onda
Φ
Funzione matematica soluzione dell’equazione di Schroedinger
______________
Qubit (Quantum bit)
Unità...
Dinamica di Φ
-Processo U: Evoluzione deterministica: equazione
di Schroedinger. (Trasformazione lineare unitaria)
-Proces...
Paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen
(EPR 1935)
Luna:
BOB
Marte:
ALICE
BABA
HVVH −
2 fotoni nello stato
B
A
Erwin Schroedinger
(1887-1961)
Commento su EPR (1935)
Interferenza di 2 particelle:
Entanglement quantistico
(non-località)
Stato-prodotto: comportamento “locale”
( )B
H
A
V
B
...
Perché la trasformazione non è possibile
“No cloning theorem”:
Questo è uno dei “NO GO theorems” della Meccanica Quantisti...
BOB
ALICE
DVL*
DHR*
DV
DH
DL
DR
λ/4 WAVE PLATE
POLARIZING
BEAM
SPLITTER
POLARIZING
BEAM
SPLITTER
POLARIZING
BEAM
SPLITTER
...
www.cs.mcgill.ca/~crepeau/tele.html
Ho sentito dire
che il teletrasporto non
permette di clonare
Mah,
Non è detto !
Teletrasporto quantistico
SSS
10 βαφ +=
BOB
Canale
classico
B
A
S
B
φ
ALICE
VICTO
R
( )BABAAB
0110
2
1
−=Ψ−
UB
Teletrasporto quantistico
Originale
Osservazione
(Misura)
Originale
distrutto
Operazione
opportuna
Replica teletrasportata...
http://quantumoptics.phys.uniroma1.it
Teletrasporto dello stato di un fotone
(Roma -1997)
ALICE
BOB S
φ
Perché non osserviamoPerché non osserviamo
stati di sovrapposizione,stati di sovrapposizione,
entanglement eentanglement e...
Zurek, Physics Today, October 1991, page 38
La frontiera fra il mondo classico e quello quantisticoLa frontiera fra il mon...
Il paradosso del Gatto di Schroedinger
Erwin Schroedinger
(1887-1961)
Un sistema microscopico può trovarsi
in uno stato di...
Il paradosso del Gatto di Schroedinger
High gain 1- photon Amplification
Generation of Schrödinger Cat states
De Martini, Sciarrino, (in preparation)
VHin βα +=Ψ...
Z
|0 >
|1 >
X Y
2
10 +
2
10 i+
2/ˆˆ Xi
eU σζ−
=
2/ˆˆ Zi
eU σϕ−
=
2/ˆˆ Yi
eU σθ−
=
0 60 120 180 240 300 360
-4000
-2000
0
2...
Superficie del sole 6000 K
Ebollizione dell’acqua 373.15 K
Temperatura ambiente 295 K circa
Congelamento dell’acqua 273.15...
Fisica Atomica: LASER cooling
Il LASER cooling è un metodo per raffredare un gas,
tipicamente atomi di metallo a bassa di ...
Fisica Atomica: LASER cooling
Premio Nobel per la Fisica 1997
Steven Chu, Stanford University, Stanford, USA
Claude Cohen-...
Bose Einstein Condensation
LASER
I fotoni di un LASER sono identici
Si trovano nello stesso stato
Fenomeno di natura quant...
Bose Einstein Condensation
Diminuzione della Temperatura
Orazio: …..per il giorno e la notte, questo e’
miracoloso e strano.
Amleto:.......ci sono piu’ cose in cielo e terra,
Oraz...
“Wholeness
and the Implicate Order”
David Bohm
…Nell’ordine ch’io dico sono accline
tutte nature, per diverse sorti,
piu’ al principio loro e men vicine;
onde si muovono...
Demartini 7apr05
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Demartini 7apr05

195
-1

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total Views
195
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
8
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide
  • Lo stato phi scompare alla postazione di Alice ed appare alla postazione senza essere passato per nessun posto intermedio. Phi è stato scomposto in due differenti contributi: uno classico (equivalente a 2 bits) ed uno quantistico trasmesso mediante le correlazioni quantistiche della coppia EPR. Lo stato del qubit S inizialmente è ben definito mentre il qubit B è completamente misto. Alla fine della procedura
  • Demartini 7apr05

    1. 1. Enigmi del mondo quantistico,Enigmi del mondo quantistico, l’entanglement, il teletrasporto,l’entanglement, il teletrasporto, il gatto di Schroedingeril gatto di Schroedinger __________________________________ Francesco De Martini Dipartimento di Fisica, Università di Roma “La Sapienza” ___________________________ Universita ROMA III, 7 Aprile 2005 La Sapienza
    2. 2. Galileo presenta il cannocchiale al Senato della Repubblica veneta (1609)
    3. 3. 1609: Galileo presenta il suo cannocchiale L’oggetto: la Via Lattea, le nebulose, i 4 satelliti di Giove Lo strumento amplificatore: il cannochiale Lo strumento di misura: l’occhio ________________________ La matematica [leggi di Keplero: (geometria), della caduta dei gravi (calcolo differenziale) etc.] e’ strumento per classificare i fenomeni, creare modelli teorici, formulare previsioni.
    4. 4. 1900: Fisica dei quanti: Planck, Einstein, Bohr, Dirac Tutti i processi di interazione tra i corpi (i “campi di forza”) sono “quantizzati”: [“particelle elementari”: fotoni, elettroni etc.] L’ osservazione perturba il fenomeno: [“Indeterminazione di Heisenberg”] La matematica domina la struttura della teoria [Carattere “ontologico” della “funzione d’onda” |Ψ>] Prevalenza della teoria matematica delle simmetrie: [Le “particelle elementari” sono: “nodi di invarianti” originate da corrispondenti: “symmetry breakings”]
    5. 5. Teoria quantistica Dai fotoni , atomi, molecole, alle particelle elementari alla strutture cosmologiche dell’Universo: Esempio: La legge di Planck della distribuzione di “corpo nero” della radiazione fossile a 2.7 K prevede le piccole fluttuazioni nel corso dell’inflazione e le radiaziione termica dai “black holes” (W.Hawking)
    6. 6. Conferenza di Solvay (1927)
    7. 7. Lo scopo della nostra descrizione della natura non e’ il cercare l’essenza reale dei fenomeni ma soltanto l’indagare con la massima profondita’ possibile le relazioni tra i molteplici aspetti della nostra esperienza. Niels Bohr (1934)
    8. 8. “Nulla possiamo pensare di un qualsiasi oggetto se non della possibilita’ delle sue connessioni con altre cose…” L.Wittgenstein, “Tractatus” “Se quella certa cosa che noi chiamiamo “essere” e “non-essere” consiste nell’esistenza o non- esistenza di connessione tra elementi, allora non ha senso parlare di essere o non essere di questi elementi…” L.Wittgenstein, “Philosophical investigations”.
    9. 9. • (XIX secolo) I campi nello spazio vuoto hanno realta’ fisica. Ma non il mezzo che li sostiene (etere) • (XXI secolo) Le correlazioni hanno realta’ fisica. Ma non i sistemi correlati. David Mermin (IIQM: Ithaca interpretation of quantum mechanics)
    10. 10. “A phenomenon is not a phenomenon until is a measured phenomenon…” J. A. Wheeler “Esiste la luna in cielo se io non la guardo ?” A.Einstein _____________________ Ossia, esistono le “proprieta’ oggettive”, gli “elements of physical reality” (Einstein) ? NO
    11. 11. Zurek, Physics Today, October 1991, page 38 La frontiera fra il mondo classico e quello quantisticoLa frontiera fra il mondo classico e quello quantistico
    12. 12. “Il Reale velato” B. D’Espagnat
    13. 13. “L’informazione e’ fisica” R.Landauer La fisica e’ informazione (espressa esclusivamente dalla matematica “funzione d’onda”)
    14. 14. La funzione d’onda Φ Funzione matematica soluzione dell’equazione di Schroedinger ______________ Qubit (Quantum bit) Unità fondamentale dell’Informazione Quantistica 10 βα +=Φ
    15. 15. Dinamica di Φ -Processo U: Evoluzione deterministica: equazione di Schroedinger. (Trasformazione lineare unitaria) -Processo R: “Riduzione quantistica”, Misurazione. Processo non-unitario che accompagna la “realizzazione” di ogni fenomeno quantistico’ (Ossia, ogni transizione dal mondo quantistico al “mondo classico” dell’osservatore).
    16. 16. “It from bit” La realta’ e’ creata anche dalle nostre domande John Arcibald Wheeler
    17. 17. Informazione quantistica: prospettiva “reduzionista” ed “ermeneutica” della fisica moderna Ossia, intesa alla conoscenza ed alla interpretazione dei fenomeni elementari
    18. 18. Correlazioni tra campiCorrelazioni tra campi L’InterferenzaL’Interferenza “…the heart of quantum mechanics. In“…the heart of quantum mechanics. In reality it contains the only mystery ...”reality it contains the only mystery ...” R.P.FeynmanR.P.Feynman (1965)(1965)
    19. 19. Interferenza a singola particella parete a 2 fenditure Sorgente A B schermo
    20. 20. Interferenza a singola particella parete Sorgente A B otturatore
    21. 21. Interferenza a singola particella parete Sorgente A B otturatore
    22. 22. Interferenza a singola particella parete Sorgente A B otturatore
    23. 23. Interferenza a singola particella parete Sorgente Probabilità di rivelare una particella PA(x) A B otturatore
    24. 24. Interferenza a singola particella parete Sorgente Probabilità di rivelare una particella PB(x) A B otturatore
    25. 25. Comportamento “classico” parete Sorgente A B Probabilità di rivelare una particella P(x) = PA(x) + PB(x)
    26. 26. Interferenza quantistica A B Probabilità totale di rivelare una particella P(x) Frange di interferenza Da quale fenditura passa il fotone ? Da entrambe ! Sorgente
    27. 27. Il principio diIl principio di sovrapposizionesovrapposizione ________________ In fisica classica si sommano le probabilita’:In fisica classica si sommano le probabilita’: BA Φ+Φ 22 BA Φ+Φ
    28. 28. Interferenza quantistica BpercorsosulfotoneApercorsosulfotone BA + =Φ+Φ Fisica classica:Fisica classica: una particella può viaggiare lungo il cammino A o lungo il cammino B Fisica quantistica:Fisica quantistica: una particella può viaggiare lungo il cammino A e lungo il cammino B contemporaneamente La particella si trova in uno stato di sovrapposizione delle due traiettorie. La funzione d’onda che caratterizza il sistema si scrive
    29. 29. Molto generalmente, in tutti gli spazi delle variabili dinamiche quantistiche del sistema fisico: “Feynman paths interference” _______________ Suggestioni poetiche: Italo Calvino: “Le citta’ invisibili” Yorge Luis Borges: “Il giardino dei sentieri che si biforcano” (in “Finzioni”)
    30. 30. La funzione d’onda Φ Funzione matematica soluzione dell’equazione di Schroedinger ______________ Qubit (Quantum bit) Unità fondamentale dell’Informazione Quantistica 10 βα +=Φ
    31. 31. Dinamica di Φ -Processo U: Evoluzione deterministica: equazione di Schroedinger. (Trasformazione lineare unitaria) -Processo R: “Riduzione quantistica”, Misurazione. Processo non-unitario che accompagna la “realizzazione” di ogni fenomeno quantistico’ (Ossia, ogni transizione dal mondo quantistico al “mondo classico” dell’osservatore).
    32. 32. Paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (EPR 1935)
    33. 33. Luna: BOB Marte: ALICE BABA HVVH − 2 fotoni nello stato B A
    34. 34. Erwin Schroedinger (1887-1961) Commento su EPR (1935)
    35. 35. Interferenza di 2 particelle: Entanglement quantistico (non-località) Stato-prodotto: comportamento “locale” ( )B H A V B V A H ΦΦ+ΦΦ=Φ 2 1 B V A H ΦΦ=Φ
    36. 36. Perché la trasformazione non è possibile “No cloning theorem”: Questo è uno dei “NO GO theorems” della Meccanica Quantistica Tuttavia il TELETRASPORTO QUANTISTICO…. E’ possibile usare le correlazioni quantistiche non locali per stabilire una comunicazione “superluminale” fra A e B ? NO! ΦΦ⇒Φ
    37. 37. BOB ALICE DVL* DHR* DV DH DL DR λ/4 WAVE PLATE POLARIZING BEAM SPLITTER POLARIZING BEAM SPLITTER POLARIZING BEAM SPLITTER BASIS CHOICE BEAM SPLITTER EPR SOURCE CLONING MACHINE FLASH N. Herbert, 1982
    38. 38. www.cs.mcgill.ca/~crepeau/tele.html Ho sentito dire che il teletrasporto non permette di clonare Mah, Non è detto !
    39. 39. Teletrasporto quantistico SSS 10 βαφ += BOB Canale classico B A S B φ ALICE VICTO R ( )BABAAB 0110 2 1 −=Ψ− UB
    40. 40. Teletrasporto quantistico Originale Osservazione (Misura) Originale distrutto Operazione opportuna Replica teletrasportata dell’originale Informazione Classica 10 Coppia Entangled
    41. 41. http://quantumoptics.phys.uniroma1.it Teletrasporto dello stato di un fotone (Roma -1997) ALICE BOB S φ
    42. 42. Perché non osserviamoPerché non osserviamo stati di sovrapposizione,stati di sovrapposizione, entanglement eentanglement e fenomeni non-localifenomeni non-locali nel mondo macroscopico,nel mondo macroscopico, quello della nostra vita ?quello della nostra vita ? DE-COERENZA !DE-COERENZA !
    43. 43. Zurek, Physics Today, October 1991, page 38 La frontiera fra il mondo classico e quello quantisticoLa frontiera fra il mondo classico e quello quantistico
    44. 44. Il paradosso del Gatto di Schroedinger Erwin Schroedinger (1887-1961) Un sistema microscopico può trovarsi in uno stato di sovrapposizione. Un sistema macroscopico (per esempio un gatto) può trovarsi in uno stato di sovrapposizione ? Sistema atomicoSistema atomico eccitatolivello lefondamentalivello atomoatomo 1 0 10 +
    45. 45. Il paradosso del Gatto di Schroedinger
    46. 46. High gain 1- photon Amplification Generation of Schrödinger Cat states De Martini, Sciarrino, (in preparation) VHin βα +=Ψ VU HU out ˆ ˆ =Ψ =Ψ Ψ+Ψ=Ψ β α βα βα 0=ΨΨ βα Transfer of the quantum superposition condition affecting the input single-particle to a multi-particle quantum state
    47. 47. Z |0 > |1 > X Y 2 10 + 2 10 i+ 2/ˆˆ Xi eU σζ− = 2/ˆˆ Zi eU σϕ− = 2/ˆˆ Yi eU σθ− = 0 60 120 180 240 300 360 -4000 -2000 0 2000 4000 0 60 120 180 240 300 360 -4000 -2000 0 2000 4000 -120 -60 0 60 120 180 240 -4000 -2000 0 2000 4000 ∆GB (1) =GBH (1) -GBV (1) θ (degree) θ (degree) 2-coincidencesin180s ϕ (degree) Amplification of a single photon with a high gain amplifier
    48. 48. Superficie del sole 6000 K Ebollizione dell’acqua 373.15 K Temperatura ambiente 295 K circa Congelamento dell’acqua 273.15 K Liquefazione dell’azoto 77.36 K Liquefazione dell’4 He 4.215 K Temperatura dello spazio 3.1 K Doppler cooling 0.0001 K (100µK) Typical laser cooling 0.00001 K (10µK) Refined laser cooling <0.00000017 K (170nK) T = 0 Kelvin : zero assoluto
    49. 49. Fisica Atomica: LASER cooling Il LASER cooling è un metodo per raffredare un gas, tipicamente atomi di metallo a bassa di temperatura (Rubidio, Sodio, Cesio) a temperature di alcuni µK.
    50. 50. Fisica Atomica: LASER cooling Premio Nobel per la Fisica 1997 Steven Chu, Stanford University, Stanford, USA Claude Cohen-Tannoudji, College de France William D. Phillips, National Institute of Standards, USA “per lo sviluppo delle tecniche di raffredamento e intrappolamento degli atomi con luce laser." Temperatura raggiunta 2.5 µK
    51. 51. Bose Einstein Condensation LASER I fotoni di un LASER sono identici Si trovano nello stesso stato Fenomeno di natura quantistica Si può osservare lo stesso fenomeno per gli atomi ma ad una temperatura estremamente bassa (a circa 100 nK = 10-9 nK) Questo fenomeno si chiama condensazione di Bose-Einstein Gas di atomi Condensato di Bose-Einstein T = 100 nK
    52. 52. Bose Einstein Condensation Diminuzione della Temperatura
    53. 53. Orazio: …..per il giorno e la notte, questo e’ miracoloso e strano. Amleto:.......ci sono piu’ cose in cielo e terra, Orazio, di quante se ne sognano nella tua Filosofia. Shakespeare
    54. 54. “Wholeness and the Implicate Order” David Bohm
    55. 55. …Nell’ordine ch’io dico sono accline tutte nature, per diverse sorti, piu’ al principio loro e men vicine; onde si muovono a diversi porti per lo gran mar dell’essere, e ciascuna con istinto a lei dato che la porti… Dante, Paradiso I
    1. A particular slide catching your eye?

      Clipping is a handy way to collect important slides you want to go back to later.

    ×