L'entanglement dimostra il carattere "non locale" della realtà fisica e viene ritenuto dal fisico John Preskill il "collante" dell'Universo, ciò che tiene insieme lo spazio
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La giornalista scientifica Zeeya Merali (vedi bibliografia 2020) scrive: "Fino all’avvento della fisica quantistica negli anni ’20, i fisici si aspettavano che le loro teorie fossero deterministiche, generando previsioni certe sull’esito degli esperimenti. Ma la teoria quantistica sembra essere intrinsecamente probabilistica. La versione dei libri di testo – a volte chiamata interpretazione di Copenhagen – dice che finché le proprietà di un sistema non vengono misurate, possono comprendere una miriade di valori. Questa sovrapposizione collassa in un unico stato solo quando si osserva il sistema, e i fisici non possono mai prevedere con precisione quale sarà quello stato." Riguardo all'entanglement, ipotizzato dal fisico Erwin Schrödinger nel 1935, la fisica Gabriella Greison nel suo libro "Ogni cosa è collegata" scrive (p.201): "L'entanglement quantistico è il più bizzarro, il più assurdo, il più pazzo fenomeno mai immaginato prima d'ora, la previsione più ridicola che la meccanica quantistica possa fare. L'entanglement, "aggrovigliamento", "intreccio", è una previsione teorica, ricavata dalle equazioni, dai calcoli che stanno dietro la teoria dei quanti, quelli fatti dai creatori della meccanica quantistica, Planck, Einstein, Schrödinger, Dirac, Bohr, Pauli, Marie Curie, De Broglie e tutti gli altri. E dice questo: nella meccanica quantistica, cioè nel mondo delle grandezze piccole, piccole come un milione di miliardesimo di metro, se due particelle sono entangled, cioè se sono vicine, le loro proprietà diventano collegate, straordinariamente connesse, e quando le separi, in direzioni opposte, loro rimangono comunque inestricabilmente collegate, e quello che fa una particella influenza l'altra. Questa è quindi una proprietà degli elettroni, particelle della meccanica quantistica."
La giornalista scientifica Alessandra Bracci, intervistando l'astrofisico Massimo Teodorani scrive (vedi bibliografia): "Alla fine dell’Ottocento e per tutto il Novecento, la visione meccanicistica sul mondo, frutto dell’eredità di Cartesio e Newton, è andata progressivamente in crisi a favore di una nuova prospettiva in cui il mondo non è più composto da mattoni elementari e l’uomo non è più una macchina, ma entrambi fanno parte di un sistema integrato, non più diviso da parti separate fra loro. In questo senso, l’entanglement, è una delle scoperte fondamentali della fisica quantistica odierna fino ad arrivare ai fenomeni psichici e a quelli di coscienza collettiva. Le ricerche sulla fisica quantistica confermano l'entanglement come un fenomeno reale nel caso delle particelle elementari, per quanto riguarda il dominio microscopico. Negli ultimi tempi si è comunque ipotizzato che a certi livelli il fenomeno possa essere esteso anche al dominio macroscopico, e soprattutto alla coscienza, e che possa esistere un legame indissolubile non solo tra due particelle fatte interagire in laboratorio ma anche tra tutte le particelle dell'universo fin dall'epoca del Big Bang. La fisica di un futuro non troppo lontano sicuramente potrà confermare o confutare questa possibilità. In che misura questi aspetti generali possono rivoluzionare il nostro approccio alla realtà profonda dell’essere umano e contribuire alla auspicabile transizione interiore nella direzione di un benessere delle nostre comunità globali e dei nostri eco-sistemi planetari? Nel momento in cui ci si affaccia sui livelli quantici della realtà, si prospettano scenari inattesi che potrebbe aprire orizzonti sorprendenti per quanto riguarda la coscienza dell’uomo nelle interazioni con il mondo e che lasciano intravedere affinità trasparenti con la realtà dell’anima e che sembrerebbero confermare, sul piano esistenziale dell’uomo, l’idea del fisico David Bohm di un universo che agisce in continuazione, informando ogni sua più piccola parte per interconnetterla al Tutto, un universo costruito secondo un’indissolubile connessione in grado di unire il mondo delle particelle elementari a quello della biologia, sino ai fenomeni psichici, individuali o collettivi." Dopo l'ipotesi dell'entanglement, fatta da Schrödinger nel 1935 sono passati molti anni prima che la sua esistenza venisse confermata da esperimenti scientifici, come scrive Gabriella Greison nel libro "Ogni cosa è collegata" (p.203): "Gli sperimentatori sono arrivati [esperimenti del 1982] : uno si chiama Alain Aspect, un altro Anton Zeilinger (premi Nobel 2022 per la Fisica). Entrambi hanno dimostrato che l'entanglement per gli elettroni avviene. La meccanica quantistica, quindi non è più una cosa puramente filosofica o legata a calcoli matematici, roba per fisici teorici, ma è reale, avviene anche nel mondo del reale. Le particelle sono tutte collegate tra loro, e lo spazio tra di loro non conta. Le particelle del mondo del reale, quindi le persone, quindi noi. Noi, quando ci leghiamo a qualcuno ed entriamo in contatto con l'altra persona, ci intrecciamo, diventiamo entangled, e poi ce ne allontaniamo e continuiamo a scambiarci informazioni, lo stato di uno influenza lo stato dell'altro e viceversa, proprio come accade quando proviamo amore."
La prima immagine dell'entaglement tra due fotoni
2019 - Un team di ricercatori di Glasgow ha ottenuto per la prima volta le immagini dell'entanglement quantistico, un fenomeno della meccanica quantistica che rappresenta una “spaventosa azione a distanza” secondo Einstein.
L'entanglement quantistico, un complesso e misterioso fenomeno della meccanica quantistica, definito da Einstein una “spaventosa azione a distanza”, è stato oggi fotografato per la prima volta da un team di fisici dell'università di Glasgow, nel Regno Unito. Il gruppo ha mostrato la prima immagine della strana interazione fra le particelle che è alla base del fenomeno e del funzionamento dei computer quantistici. L'entanglement quantistico si manifesta quando due particelle sono intrinsecamente collegate e questa unione ha effetti sul sistema fisico: qualsiasi azione o misura sulla prima ha un effetto istantaneo anche sulla seconda (e viceversa) anche se si trova a distanza. In questo caso gli autori hanno fotografato l'entanglement fra due fotoni che interagiscono e per un istante condividono lo stesso stato fisico, come se fossero parte dello stesso sistema.
Il termine entanglement, che non ha una precisa traduzione italiana ma si potrebbe definire "intreccio", definisce un bizzarro (e apparentemente assurdo) fenomeno quantistico in cui due o più particelle sono intrinsecamente collegate tra loro in modo tale che le azioni o le misure eseguite su una di esse abbiano effetto istantaneo e irreparabile sulle altre, indipendentemente dalla distanza che le separa. Gabriella Greison scrive nel suo libro "Ogni cosa è collegata" (p.203): "Le particelle sono tutte collegate tra loro, e lo spazio tra di loro non conta. Le particelle del mondo del reale, quindi le persone, quindi noi. Noi, quando ci leghiamo a qualcuno ed entriamo in contatto con l'altra persona, ci intrecciamo, diventiamo entangled, e poi ce ne allontaniamo e continuiamo a scambiarci informazioni, lo stato di uno influenza lo stato dell'altro e viceversa, proprio come accade quando proviamo amore."
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ENTANGLEMENT: La fisica Gabriella Greison, nel suo libro "Ogni cosa è collegata" scrive: "L'entanglement quantistico è il più bizzarro, il più assurdo, il più pazzo fenomeno mai immaginato prima d'ora, la previsione più ridicola che la meccanica quantistica possa fare. L'entanglement, "aggrovigliamento", "intreccio", è una previsione teorica, ricavata dalle equazioni, dai calcoli che stanno dietro la teoria dei quanti. E dice questo: nella meccanica quantistica, cioè nel mondo delle grandezze piccole, piccole come un milione di miliardesimo di metro, se due particelle sono entangled, cioè se sono vicine, le loro proprietà diventano collegate, straordinariamente connesse, e quando le separi, in direzioni opposte, loro rimangono comunque inestricabilmente collegate, e quello che fa una particella influenza l'altra. Questa è quindi una proprietà degli elettroni, particelle della meccanica quantistica."
Punti di riflessione
Nel 1935, Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen pubblicarono un articolo sul concetto teorico di entanglement quantistico, che Einstein chiamò “azione spettrale a distanza”. I fisici descrissero l’idea, poi sostenevano che poneva un problema per la meccanica quantistica, rendendo la teoria incompleta. Einstein non credeva che due particelle potessero rimanere collegate tra loro anche a grandi distanze; farlo, ha detto, richiederebbe loro di comunicare più velocemente della velocità della luce, qualcosa che aveva precedentemente dimostrato essere impossibile. Oggi, il lavoro sperimentale non lascia dubbi sul fatto che l’entanglement sia reale. I fisici hanno dimostrato i suoi effetti peculiari su centinaia di chilometri; infatti, nel 2017, un satellite cinese chiamato Micius ha inviato fotoni entangled a tre diverse stazioni terrestri, ciascuna separata da più di 1.200 chilometri, e ha battuto il record di distanza per le particelle entangled. (Whitney Clavin)
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Einstein disse che se veramente la meccanica quantistica è corretta allora il mondo dovrebbe essere pazzo. E infatti si è dimostrato che il mondo è veramente pazzo! E tutto quello che ci appare nella realtà classica in cui viviamo è solo il frutto del collasso delle funzioni d'onda dell'universo in seguito al nostro osservare il mondo. (Massimo Teodorani p.28 di "Entanglement")
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“Le correlazioni quantistiche sono profondamente diverse dalle correlazioni ordinarie”, afferma Preskill. “E la casualità è la chiave. Questa inquietante casualità intrinseca è in realtà ciò che infastidiva Einstein. Ma è essenziale per il funzionamento del mondo quantistico”. (Whitney Clavin)
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"Devi essere in grado di creare un sistema che sia intrecciato solo con se stesso, non con il tuo apparato", afferma Endres. “Vogliamo che le particelle comunichino tra loro in modo controllato. Ma non vogliamo che parlino con nessuno nel mondo esterno”. Nel campo dell’informatica quantistica, questa fragilità è problematica perché può portare a errori computazionali. I computer quantistici promettono di risolvere problemi che i computer classici non sono in grado di risolvere, compresi quelli di crittografia, chimica, modellazione finanziaria e altro ancora. Laddove i computer classici utilizzano bit binari (un “1” o uno “0”) per trasportare informazioni, i computer quantistici utilizzano i “qubit”, che esistono contemporaneamente negli stati “1” e “0”. Come spiega Preskill, i qubit in questo stato misto, o sovrapposizione, sarebbero sia vivi che morti, in riferimento al famoso esperimento mentale proposto da Erwin Schrödinger nel 1935, in cui un gatto in una scatola è sia vivo che morto finché la scatola viene aperta e si osserva che il gatto è l'uno o l'altro. Inoltre, questi qubit sono tutti intrecciati. Se i qubit in qualche modo venissero districati l’uno dall’altro, il computer quantistico non sarebbe in grado di eseguire i suoi calcoli. (Whitney Clavin)
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“È abbastanza incredibile che due punti qualsiasi nello spazio-tempo, non importa quanto distanti tra loro, siano effettivamente intrecciati. I punti nello spazio-tempo che consideriamo più vicini tra loro sono semplicemente più intrecciati di quelli più distanti”, afferma Michalkis. Il legame tra entanglement e spazio-tempo potrebbe anche aiutare a risolvere una delle più grandi sfide della fisica: stabilire una teoria unificante per connettere le leggi macroscopiche della relatività generale (che descrivono la gravità) con le leggi microscopiche della fisica quantistica (che descrivono come le particelle subatomiche comportarsi). (Whitney Clavin)
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Dopo gli esperimenti pionieristici di Clauser negli anni ’70, è stato Aspect nel 1982 a dimostrare la realtà dell’entanglement al di là di ogni ragionevole dubbio, e più di recente Zeilinger ne ha mostrato alcune applicazioni spettacolari, ad esempio nel teletrasporto quantistico di informazione. Questo premio Nobel, anche se arrivato a quarant’anni di distanza dall’esperimento di Aspect, è estremamente attuale. Nelle motivazioni per il conferimento del premio, destinato a quegli scienziati che grazie al loro lavoro hanno portato un “beneficio all’umanità”, il comitato Nobel ha riconosciuto l’importanza della scoperta per lo sviluppo sperimentale della scienza dell’informazione quantistica. Ed è proprio sulla capacità di manipolare l’entanglement che si basa la “seconda” rivoluzione quantistica in cui stiamo vivendo. La comunità scientifica internazionale è al lavoro sullo sviluppo di nuovi dispositivi che, non soltanto si basano su effetti quantistici per il loro funzionamento (com’è il caso del transistor, protagonista della “prima” rivoluzione quantistica), ma sfruttano la natura quantistica dell’informazione, codificata non più in bit classici, ma in bit quantistici, i cosiddetti qubit. (Leonardo Fallani, Massimo Inguscio)
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Oggi la maggior parte dei fisici concorda sul fatto che gli oggetti inanimati possono far uscire i sistemi quantistici dalla sovrapposizione attraverso un processo noto come decoerenza. Certamente, i ricercatori che tentano di manipolare complesse sovrapposizioni quantistiche in laboratorio possono vedere il loro duro lavoro distrutto dalle veloci particelle d’aria che entrano in collisione con i loro sistemi. Quindi effettuano i loro test a temperature ultrafredde e cercano di isolare i loro apparecchi dalle vibrazioni. (Zeeya Merali)
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La meccanica quantistica è forse l’area più bizzarra della fisica in cui i fenomeni osservati suggeriscono che dobbiamo buttare la nostra logica fuori dalla finestra, ma è comunque vera. In un termine più ampio, è lo studio delle particelle subatomiche più piccole. Nella meccanica quantistica, il comportamento di tutte le particelle potrebbe essere definito da quella che viene chiamata funzione d'onda. È l'unico responsabile della previsione di una certa configurazione della particella. Lo studio del comportamento delle particelle nella meccanica quantistica è interamente governato dalla teoria probabilistica. Per comprendere quanto sia strana la meccanica quantistica, ecco un'idea che è vera sia in linea di principio che nella vita reale sul campo: “Non è possibile conoscere la configurazione di una particella senza un atto di misurazione” (Sunny Labh)
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L'entanglement può verificarsi anche tra centinaia, milioni e anche più particelle. Si ritiene che il fenomeno abbia luogo in tutta la natura, tra gli atomi e le molecole delle specie viventi e all'interno dei metalli e di altri materiali. Quando centinaia di particelle rimangono intrecciate, agiscono ancora come un unico oggetto unificato. Come uno stormo di uccelli, le particelle diventano un'entità a sé stante senza essere in contatto diretto tra loro. Gli scienziati del Caltech si concentrano sullo studio di questi cosiddetti sistemi entangled a molti corpi, sia per comprendere la fisica fondamentale sia per creare e sviluppare nuove tecnologie quantistiche. Come afferma John Preskill, professore di fisica teorica Richard P. Feynman del Caltech, presidente della leadership di Allen VC Davis e Lenabelle Davis e direttore dell'Institute for Quantum Information and Matter: "Stiamo investendo e scommettendo sul fatto che l'entanglement sia uno dei temi più importanti della scienza del 21° secolo." (Caltech)
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Negli anni '30, quando gli scienziati, tra cui Albert Einstein ed Erwin Schrödinger, scoprirono per la prima volta il fenomeno dell'entanglement, rimasero perplessi. L'entanglement, in modo inquietante, richiedeva che due particelle separate rimanessero collegate senza essere in contatto diretto. Einstein chiamò l'entanglement "azione spettrale a distanza", poiché le particelle sembravano comunicare più velocemente della velocità della luce. Sfortunatamente, allora non era disponibile alcuna prova sperimentale a favore o contro l’entanglement quantistico di particelle ampiamente separate. Da allora gli esperimenti hanno dimostrato che l’entanglement è molto reale e fondamentale per la natura. Inoltre, è stato ora dimostrato che la meccanica quantistica funziona non solo a distanze molto brevi ma anche a distanze molto grandi. In effetti, il satellite cinese per comunicazioni crittografate quantistiche, Micius, si basa sull’entanglement quantistico tra fotoni separati da migliaia di chilometri. (John Clauser)
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Ricordiamo che il meccanismo della decoerenza ha luogo quando si passa dal mondo quantistico al mondo classico macroscopico, dal momento che quando un oggetto quantistico interagisce con l'ambiente esterno, quelle interazioni agiscono come "misurazioni" che fanno collassare lo stato quantistico nella realtà standard. (Massimo Teodorani p.31 di "Entanglement")
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Una fra le lezioni principali che i fisici hanno dovuto apprendere in questo secolo [il XX] è che tutti i concetti e le teorie che noi usiamo per descrivere la natura sono limitati. A causa delle limitazioni essenziali della mente razionale, noi dobbiamo accettare il fatto che, come si è espresso Werner Heisenberg, "ogni parola o concetto, per chiari che possano essere, hanno soltanto un campo limitato di applicabilità". Le teorie scientifiche non potranno mai fornire una una descrizione completa e definitiva della realtà. Esse saranno sempre approssimazioni alla vera natura delle cose. Per formulare la cosa in termini molto schietti, gli scienziati non si occupano della verità; essi si occupano solo di descrizioni limitate e approssimative della realtà. (Fritjoff Capra p.43 del libro "Il punto di svolta")
Il fisico John Preskill scrive: “Essenzialmente, l’entanglement tiene insieme lo spazio. È il collante che fa sì che i diversi pezzi di spazio si uniscano tra loro”
Quando facciamo collassare la funzione d'onda osservando il mondo
Wikipedia scrive: "Lo stato di un sistema quantistico è descritto dalla funzione d'onda e non possiede valori definiti per tutte le grandezze fisiche misurabili su di esso; sono invece definite solo le distribuzioni di probabilità relative ai valori misurabili per tali grandezze. Una volta effettuata la misura, il sistema avrà un valore definito relativamente alla grandezza misurata, e questo comporta una modifica radicale della sua funzione d'onda; infatti la funzione d'onda descrive generalmente infinite possibilità mentre affinché un evento abbia luogo, è necessario che la funzione d'onda assegni una probabilità del 100% ad una sola possibilità e 0% di probabilità a tutte le altre. L'evoluzione temporale della funzione d'onda è determinata dall'equazione di Schrödinger, ma tale equazione non determina mai il collasso della funzione d'onda, che invece viene imposto dal fisico "a mano"; il collasso rappresenta una violazione dell'equazione di Schrödinger, e la causa del collasso è quindi attribuibile solo ad un agente non descritto dalla stessa equazione di Schrödinger."
L'entanglement è una proprietà emergente?
L’entanglement è al centro della fisica quantistica e delle future tecnologie quantistiche. Come altri aspetti della scienza quantistica, il fenomeno dell’entanglement si rivela su scale molto piccole, subatomiche. Quando due particelle, come una coppia di fotoni o elettroni, si intrecciano, rimangono connesse anche se separate da grandi distanze. Allo stesso modo in cui un balletto o un tango emergono dai singoli ballerini, l’entanglement nasce dalla connessione tra le particelle. È ciò che gli scienziati chiamano una proprietà emergente.
Il Caltech scrive: "Un malinteso comune sull'entanglement è che le particelle comunichino tra loro a una velocità superiore a quella della luce, il che andrebbe contro la teoria della relatività speciale di Einstein. Gli esperimenti hanno dimostrato che questo non è vero, né la fisica quantistica può essere utilizzata per inviare comunicazioni più veloci della luce. Anche se gli scienziati discutono ancora su come nasca il fenomeno apparentemente bizzarro dell’entanglement, sanno che si tratta di un principio reale che supera test dopo test. Infatti, mentre Einstein descriveva notoriamente l'entanglement come "un'azione spettrale a distanza", gli scienziati quantistici di oggi affermano che non c'è nulla di spettrale in esso. "Potrebbe essere forte la tentazione di pensare che le particelle comunichino in qualche modo tra loro attraverso queste grandi distanze, ma non è così", afferma Thomas Vidick , professore di scienze informatiche e matematiche al Caltech. "Può esserci correlazione senza comunicazione" e le particelle "possono essere pensate come un unico oggetto"."
Cos'é l'entanglement (intreccio)
L'entanglement è uno dei fenomeni più incredibili della fisica quantistica. Wikipedia scrive:
L'entanglement quantistico, o correlazione quantistica, è un fenomeno quantistico, non riducibile alla meccanica classica, per il quale, nella condizione, prevista dal principio di sovrapposizione della meccanica quantistica, in cui due o più sistemi fisici (tipicamente due particelle) rappresentano sottosistemi di un sistema più ampio, il cui stato quantico è rappresentato da una combinazione dei loro singoli stati, la misura di un'osservabile di un sistema (sottosistema) determina simultaneamente anche il valore della stessa osservabile degli altri. Poiché lo stato di sovrapposizione quantistica è indipendente da una separazione spaziale di tali sistemi (sottosistemi), l'entanglement implica in modo controintuitivo la presenza tra essi di correlazioni a distanza e, di conseguenza, il carattere non locale della realtà fisica. Il termine entanglement (letteralmente, in inglese, "groviglio", "intreccio") fu introdotto da Erwin Schrödinger in una recensione del famoso articolo sul paradosso EPR, che nel 1935 rivelò a livello teorico il fenomeno.
La psicologa Veronica Leva scrive (vedi bibliografia 2020):
Wired ha scritto (vedi bibliografia 2019):
Viviamo in un universo partecipatorio?
L'astrofisico Massimo Teodorani scrive nel suo libro "Entanglement" (pp.33-34):
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L'entanglement può verificarsi anche tra centinaia, milioni e anche più particelle. Si ritiene che il fenomeno abbia luogo in tutta la natura, tra gli atomi e le molecole delle specie viventi e all'interno dei metalli e di altri materiali. Quando centinaia di particelle rimangono intrecciate, agiscono ancora come un unico oggetto unificato. Come uno stormo di uccelli, le particelle diventano un'entità a sé stante senza essere in contatto diretto tra loro. Gli scienziati del Caltech si concentrano sullo studio di questi cosiddetti sistemi entangled a molti corpi, sia per comprendere la fisica fondamentale sia per creare e sviluppare nuove tecnologie quantistiche. Come afferma John Preskill, professore di fisica teorica Richard P. Feynman del Caltech, presidente della leadership di Allen VC Davis e Lenabelle Davis e direttore dell'Institute for Quantum Information and Matter: "Stiamo investendo e scommettendo sul fatto che l'entanglement sarà uno dei temi più importanti della scienza del 21° secolo."
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Gli scienziati del Caltech si concentrano sullo studio di questi cosiddetti sistemi entangled a molti corpi, sia per comprendere la fisica fondamentale sia per creare e sviluppare nuove tecnologie quantistiche. Come afferma John Preskill, professore di fisica teorica del Caltech, e direttore dell'Institute for Quantum Information and Matter: "Stiamo investendo e scommettendo sul fatto che l'entanglement sarà uno dei temi più importanti della scienza del 21° secolo."
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Bibliografia (chi fa delle buone letture è meno manipolabile)
- Alessandra Bracci, Intervista al Dr. Massimo Teodorani - Associazione nazionale ecobiopsicologia
- Leonardo Fallani, Massimo Inguscio (2022), Il Nobel per la Fisica 2022: l’entanglement da scoperta a nuova tecnologia - Colombaria oggi
- Stephen Ornes (2019),Quantum effects enter the macroworld- PNAS
- Whitney Clavin (2019), Untangling Quantum Entanglement - Caltech
- Amit Kutwala (2022), Inside big tech’s high-stakes race for quantum supremacy - Wired
- Caltech (2022), Proving that Quantum Entanglement is Real
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Pagina aggiornata il 9 febbraio 2024