Anul internațional al științelor și tehnologiilor cuantice (AISQ) va fi inaugurat miercuri la sediul UNESCO din Paris și are obiectivul de „a sensibiliza omenirea cu privire la importanța” acestei revoluții centenare, informează AFP.
Unde și corpusculi
„Principiile fizicii clasice și, într-un sens mai general, conceptele familiare, cele cu care ne confruntăm în viața de zi cu zi, nu sunt pertinente decât într-o lume limitată. La porțile universului infinitezimal, ele par că intră brutal în faliment”, a explicat fizicianul și filosoful Etienne Klein în cartea sa intitulatată Petit voyage dans le monde des quanta (Scurtă călătorie în lumea cuantelor), publicată de editura Flammarion.
Această constatare derutantă a fost făcută de mai mulți fizicieni – inclusiv de Max Planck și Albert Einstein – la începutul secolului al XX-lea. În acea epocă, progresele științifice și tehnologice permiteau observarea unor fenomene care s-au dovedit a fi inexplicabile prin legile fizicii clasice.
Acestea din urmă împart lumea în două tipuri de obiecte a căror natură este, a priori, incompatibilă: „corpusculi” – entități materiale localizate în spațiu – și „unde” – perturbații care se propagă în timp ce transportă energie.
Or, lumina, care are în mod clar caracteristici ondulatorii, pare să se comporte uneori ca și cum ar fi compusă din granule de energie: „cuante”, după cum le-a denumit Max Planck. Aceleași întrebări se pun și în cazul electronului.
A apărut atunci o idee revoluționară: în universul infinitezimal, particulele sunt în același timp corpusculi și unde.
Această dualitate le conferă proprietăți de neimaginat în lumea macroscopică, cum ar fi „superpoziția”: o particulă poate avea simultan mai multe poziții, viteze sau niveluri de energie diferite.
O fizică a probabilităților
Cum ar putea fi descris comportamentul unor astfel de particule, ale căror proprietăți nu au o valoare definită, cum ar fi celebra pisică a lui Schrödinger, închisă într-o cutie alături de o fiolă cu otravă și pe care suntem obligați să o considerăm atât vie, cât și moartă? Prin utilizarea probabilităților.
În urmă cu 100 de ani, în 1925, Erwin Schrödinger și Werner Heisenberg au elaborat un ansamblu de instrumente matematice complexe care ajută la prezicerea rezultatelor unor măsurători efectuate asupra unei particule, precum și a probabilității de a obține una dintre ele în cadrul unui experiment dat.
„Fizica cuantică descrie lumea prin intermediul matematicii care se desfășoară în spații abstracte, foarte îndepărtate de lumea noastră. Dacă te afli într-un spațiu Hilbert (care poate avea un număr infinit de dimensiuni – n.red.), manipulezi obiecte matematice stranii”, sublinia recent Alain Aspect, laureat al premiului Nobel pentru fizică în 2022.
„Însă asta funcționează! Îti permite să descrii faptul că materia este stabilă sau modul într-un care lumina este emisă de atomi”, a explicat el în fața reprezentanților presei cu ocazia lansării cărții sale intitulate Si Einstein avait su (Dacă Einstein ar fi știut), publicată de editura Odile Jacob.
Fizica cuantică permite să prezicem o altă proprietate a universului infinitezimal: „intricația”. Dacă două particule separate în spațiu au interacționat în trecut, ele rămân legate: starea (poziția, nivelul de energie etc.) uneia depinde imediat de starea celeilalte.
Aplicații revoluționare
Oricât de îndepărtată ar putea să pară de lumea noastră, fizica cuantică face parte din viața de zi cu zi a oamenilor: tranzistorul – o piesă componentă-cheie în toate aparatele electronice, ce permite amplificarea unui semnal electric -, laserul, RMN-ul și LED-urile s-au născut datorită ei.
Noi aplicații sunt pe cale să vadă lumina zilei. Cum ar fi cazul „criptografiei cuantice”, în care sunt utilizate particule intricate pentru a crea cheia de cifrare, pentru a o face inviolabilă.
Însă marea speranță este „calculatorul cuantic”. Biții computerului clasic, care nu pot avea decât două stări (0 și 1), sunt înlocuiți de particule, denumite „qubiți”. Datorită superpoziției și intricației, aceștia din urmă au o infinitate de stări posibile între 0 și 1, iar puterea lor de calcul este multiplicată.