Un mondo quantico più piccolo e misterioso osa sfidare le nostre idee fondamentali sul tempo e lo spazio sotto la superficie di una realtà familiare. In questo mini-mondo, i concetti di "prima" e "dopo" si dissolvono letteralmente, quindi due eventi possono precedere e riuscire l'uno nell'altro. Cioè, l'evento A può verificarsi prima di B. e viceversa.
Questa idea è chiamata "cambio quantico" e fu proposta per la prima volta nel 2009. Esperimenti precedenti hanno dimostrato che A è in grado di precedere o essere realizzato nell'evento B, ma lo studio non può confermare che due scenari si siano verificati nello stesso luogo.
Per individuare esattamente dove si sono verificate queste violazioni causali, i ricercatori hanno implementato uno switch quantico con un'architettura leggermente diversa. Il nuovo design ha permesso di dimostrare sperimentalmente che A si verifica prima e dopo l'evento B, non solo allo stesso tempo, ma anche nello stesso luogo. Gli scienziati hanno programmato e osservato come un fotone (una particella di luce quantistica) si muove lungo un bersaglio, in grado di scegliere uno dei due modi.
Un fotone è considerato come una particella e un'onda. Se gli scienziati lo usano con la polarizzazione orizzontale (le onde oscillano), allora il fotone dovrebbe andare A e quindi muoversi all'indietro per andare B (cioè A è successo prima di B). Se stiamo parlando di un fotone verticale, allora B viene prima, e poi A (B diventa realtà prima di A). Tuttavia, nel mondo dei quanti domina il bizzarro fenomeno della sovrapposizione. In esso, i fotoni sono in grado di essere sia polarizzati orizzontalmente che verticalmente. Qui di nuovo si ricorda il famoso paradosso del gatto di Schrödinger, dove nel mondo quantico può essere sia vivo che morto.
È vero, c'è un trucco: i fisici non possono vedere o misurare ciò che fanno i fotoni. Il fatto è che l'atto stesso di misura distrugge la sovrapposizione, perché costringerà i fotoni a scegliere in quale ordine seguire. Invece, i ricercatori hanno utilizzato una serie di "ostacoli", sotto forma di elementi ottici (lenti e prismi), che indirettamente hanno reso distinguibili i due eventi.
Mentre i fotoni passavano attraverso i percorsi, le lenti e i prismi cambiavano la forma delle onde di ciascun fotone. Questo ha trasformato la loro polarizzazione (direzione). Alla fine del viaggio puoi misurare la nuova polarizzazione. Il team ha creato diversi elementi ottici per condurre numerosi test con vari parametri. La combinazione di misurazioni serviva da "testimone causale": il valore diventava negativo se i fotoni passavano entrambi i percorsi simultaneamente.
Risultò che quando i fotoni erano in uno stato di sovrapposizione, il testimone causale divenne negativo, indicando che i fotoni viaggiavano in entrambi i modi. Cioè, per loro "prima" e "dopo" non esistevano.
