Api, maestre di… quantistica

Un gruppo di ricercatori dell’Istituto dei sistemi complessi (Isc) del Cnr e di altre strutture di ricerca italiane ed europee, ha sviluppato un metodo innovativo per la descrizione di 'sistemi quantistici non isolati’. Lo studio è stato pubblicato su 'Proceedings of the National Academy of Sciences’ (Pnas).

I ricercatori hanno sviluppato un metodo teorico per lo studio dei 'sistemi quantistici aperti’, quindi non isolati, ma circondati da un ambiente esterno. “Tale procedimento permette di mantenere intatta la risoluzione del sistema principale, riducendo gradualmente quella dell’ambiente esterno, che così rimane sufficientemente definito”, spiega Paola Verrucchi dell'Isc-Cnr, coautrice dello studio. È un po’ come se volessimo studiare il comportamento di alcune api su un campo fiorito, mantenendo una dettagliata descrizione non solo delle api, ma anche di ciascun fiore o filo d’erba: finiremmo probabilmente con il perdere rapidamente traccia delle api stesse.

“Finora si manteneva la descrizione quantistica esatta del sistema principale, accontentandosi di una rappresentazione meno fedele dell’ambiente, si mettevano cioè bene in evidenza le api, sfocando completamente il prato”, prosegue Verrucchi. “Tale strategia impedisce tuttavia di cogliere quella particolare correlazione tra l’ambiente esterno e il sistema, chiamata 'entanglement’ e fondamentale nel determinare il comportamento dei sistemi fisici. In pratica, si perdono aspetti importanti del comportamento delle api, come il fatto che siano ferme in un determinato punto perché posate su un fiore”.

Questa nuova rappresentazione è stata utilizzata dal team per studiare un modello, detto 'stella di spin’, ideale per descrivere il comportamento di dispositivi quantistici e di processi biologici sulla scala dei nanometri, cioè dei miliardesimi di metro.

“Una descrizione più accurata dell’ambiente esterno permette anche di capire come agire su di esso per modificare il comportamento del sistema principale. In pratica, se si vuole trovare l’ape in un determinato punto si può inserire un fiore proprio in quel punto”, conclude la ricercatrice dell’Isc-Cnr. “Tale approccio teorico si potrà applicare, ad esempio, per controllare il comportamento del bit quantistico, il 'qubit’ (’unità di informazione quantistica), agendo sulle particelle che lo circondano. In tal modo, si potrebbero fare importanti passi avanti nella realizzazione del computer quantistico, che rappresenta il futuro dell’informatica. Analogamente, nel caso della fotosintesi clorofilliana, si potrebbero analizzare le correlazioni quantistiche fra il fotone, il 'quanto’ di luce responsabile della fotosintesi e il suo ambiente circostante, così da sviluppare efficaci strategie per controllarne il comportamento. Se riuscissimo a far questo, nel futuro potremmo anche provare a 'copiare’ la natura”.

Fonte: Paola Verrucchi, Centro di responsabilità scientifica ex Sistemi Complessi (Sperimentale), Sesto Fiorentino, tel. 055/4572338