Post relativamente tecnico, tradotto dalla versione in inglese che ho pubblicato sul mio blog.Che cosa significa davvero “macroscopico” nella teoria quantistica?
Una delle difficoltà persistenti nel discutere l’emergenza dell’irreversibilità macroscopica a partire dalla dinamica quantistica microscopica è che spesso parliamo di “stati macroscopici”, “operazioni macroscopiche” o “correlazioni macroscopiche” senza una definizione pienamente soddisfacente di che cosa significhino davvero questi termini.Questo lavoro nasce da un problema molto concreto legato alla seconda legge della termodinamica. In un lavoro precedente abbiamo mostrato che, per un sistema quantistico isolato, l’entropia macroscopica non aumenta se e solo se il sistema rimane in uno stato macroscopico durante tutta l’evoluzione. Il problema era che, a quel punto, “stato macroscopico” era definito solo in modo implicito. Questo rendeva difficile spingere oltre la discussione, perché non era chiaro quali fossero le proprietà strutturali, algebriche o operative di tali stati.
L’obiettivo di questo lavoro non è quindi introdurre un’ennesima entropia, ma capire la macroscopicità in sé in modo preciso. Volevamo una definizione che fosse al tempo stesso algebrica, costruttiva e operativa, e che potesse fungere da base solida per discutere l’emergenza.
Macroscopicità come confine inferenziale
Uno dei messaggi principali dell’articolo è che la distinzione tra “macro” e “micro” non è assoluta. Dipende dall’osservatore. Questa affermazione va presa in un senso molto letterale e sobrio.Per osservatore non intendiamo nulla che abbia a che fare con il problema della misura o con la coscienza. Intendiamo semplicemente una specificazione di quali grandezze fisiche possono essere misurate simultaneamente. Queste sono ciò che già von Neumann chiamava osservabili macroscopiche. Prima di discutere di emergenza, è necessario chiarire quali variabili si stanno effettivamente considerando.
Una volta fatta questa scelta, la distinzione tra gradi di libertà macroscopici e microscopici coincide esattamente con un confine tra ciò che può essere inferito e ciò che non può essere inferito. Date le variabili misurate e una certa informazione a priori, alcuni dettagli microscopici possono essere retrodedotti dai dati macroscopici, mentre altri sono irrimediabilmente persi. Ciò che conta come macroscopico è determinato da questo confine inferenziale.
Non è che le variabili macroscopiche emergano per prime e quelle microscopiche siano nascoste sotto. Al contrario, è la scelta delle variabili macroscopiche che decide che cosa è macro e che cosa è micro.
È interessante notare che questa prospettiva inferenziale e retrodittiva non è stata imposta dall’esterno. È emersa naturalmente dalla matematica. A posteriori, questo è stato particolarmente significativo, soprattutto alla luce di lavori recenti sul ruolo di predizione e retrodizione nelle relazioni di fluttuazione.
Dall’entropia osservazionale al deficit osservazionale
L’entropia osservazionale cattura già una parte importante di questa storia. Spiega come l’entropia possa aumentare sotto dinamiche unitarie quando ci si limita a osservazioni macroscopiche. Tuttavia, nella sua formulazione standard, essa si basa su una distribuzione a priori uniforme.Questa è una limitazione seria. In contesti termodinamici, una distribuzione termica è spesso la scelta naturale. In sistemi di dimensione infinita, lo stato uniforme può addirittura non esistere. Per questo motivo abbiamo introdotto la nozione di deficit osservazionale, definita rispetto a un prior arbitrario.
Concettualmente, il deficit osservazionale misura quanta informazione su uno stato viene persa quando si passa da una descrizione microscopica ai dati macroscopici, tenendo conto della conoscenza a priori dell’osservatore.
Gli stati macroscopici sono allora esattamente quelli per cui questo deficit si annulla. Sono gli stati che possono essere perfettamente retrodedotti dai soli dati macroscopici.
Sistemi di riferimento inferenziali e MPPP
Un risultato tecnico centrale dell’articolo è l’esistenza e unicità di quello che chiamiamo il massimo post-processing proiettivo (MPPP) di una misura, rispetto a un dato prior. Questo oggetto ha un ruolo concettuale fondamentale.Il risultato mostra che ogni osservatore, definito da una misura e da un prior, può essere rappresentato da una misura proiettiva appropriata. Questa misura proiettiva cattura esattamente l’informazione che è inferenzialmente accessibile. Per questo motivo la interpretiamo come un sistema di riferimento inferenziale.
Così come un sistema di riferimento di simmetria determina quali sovrapposizioni sono fisicamente significative, un sistema di riferimento inferenziale determina quali distinzioni tra stati sono significative a livello macroscopico. È questa struttura che decide che cosa conta come macroscopico e che cosa conta come microscopico per un dato osservatore.
Una teoria delle risorse della microscopicità
Una volta identificati chiaramente gli stati macroscopici, è naturale chiedersi che cosa renda uno stato più microscopico di un altro. Rispondere a questa domanda richiede più di una semplice classificazione. Richiede un quadro operativo.Per questo abbiamo sviluppato una teoria delle risorse della microscopicità. In questa teoria, gli stati macroscopici sono gli stati liberi e la microscopicità è la risorsa. Il quadro costringe a pensare in termini di operazioni che non generano microscopicità e a chiarire che cosa sia realmente in gioco quando i dettagli microscopici diventano rilevanti.
Un risultato importante è che diverse teorie delle risorse ben note emergono come casi particolari. Coerenza, atermicità e asimmetria si inseriscono naturalmente in questo quadro una volta fatte opportune scelte di misure e prior. Vedere queste teorie come istanze della microscopicità fornisce un’interpretazione operativa unificata e chiarisce, per esempio, il significato fisico della distinzione tra coerenza “speakable” e “unspeakable”.
Correlazioni dipendenti dall’osservatore
La stessa prospettiva può essere applicata alle correlazioni. Entanglement, discord e nozioni affini sono spesso trattate come proprietà assolute degli stati. I nostri risultati supportano una visione diversa. La visibilità e l’utilità delle correlazioni dipendono dal sistema di riferimento inferenziale dell’osservatore.Questo non è particolarmente sorprendente, ma è importante. Molta della discussione sul ruolo dell’osservatore nella teoria quantistica riguarda le relazioni tra osservatori diversi. Prima di affrontare quel problema, è necessario capire come appaiono le correlazioni dal punto di vista di un singolo osservatore con accesso limitato.
Il nostro quadro fornisce un punto di partenza per questa analisi e potrebbe, in prospettiva, portare a qualcosa come una teoria della relatività dei sistemi di riferimento inferenziali.
Che cosa rende possibile questo lavoro
A un livello generale, questo lavoro fornisce una soluzione rigorosa a un problema matematico di base: che cosa significa che uno stato, un’operazione o una correlazione siano macroscopici?Senza una risposta precisa a questa domanda, le discussioni sull’emergenza del comportamento macroscopico rischiano di rimanere vaghe. Con questa risposta, possiamo finalmente dire di che cosa stiamo parlando. Questo non risolve da solo il problema dell’emergenza, ma chiarisce il linguaggio e la struttura necessari per affrontarlo in modo significativo.
L’articolo si intitola Macroscopicity and observational deficit in states, operations, and correlations ed è apparso su Reports on Progress in Physics un mese fa. L'articolo è disponibile gratis su arXiv.
#fisica
#fisicaquantistica
#quantumquiaWhat does “macroscopic” really mean in quantum theory?
One of the persistent difficulties in discussing the emergence of macroscopic irreversibility from microscopic quantum dynamics is that we often talk about “macroscopic states”, “macroscopic operat…Quantum Quia
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È divertentissimo leggere E.T. Jaynes, in particolare i suoi ultimi lavori. Questo passaggio è da "The Gibbs Paradox". Si può scaricare qui.
There is a school of thought which militantly rejects all attempts to point out the close relation between entropy and information, claiming that such considerations have nothing to do with energy; or even that they would make entropy subjective and it could therefore have nothing to do with experimental facts at all. We would observe, however, that the number of fish that you can catch is an objective experimental fact; yet it depends on how much subjective information you have about the behavior of fish.
Traduzione in italiano:
Esiste una corrente di pensiero che respinge con forza ogni tentativo di evidenziare la stretta relazione tra entropia e informazione, sostenendo che tali considerazioni non abbiano nulla a che fare con l’energia; o persino che renderebbero l’entropia soggettiva, e che quindi non potrebbe avere alcun legame con i fatti sperimentali. Osserviamo, tuttavia, che il numero di pesci che si possono catturare è un fatto sperimentale oggettivo; eppure dipende da quanta informazione soggettiva si possiede sul comportamento dei pesci.
#SecondLaw #SecondaLegge #Jaynes #Entropy #Fisica #Termodinamica #Thermodynamics
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Un altro tema che era stato votato nel sondaggio di qualche tempo fa è il "teletrasporto quantistico".
Parlando di "teletrasporto", a chiunque viene in mente l'immagine visiva di un oggetto/persona che si "smaterializza" da una parte per "rimaterializzarsi" da un'altra. L'abbiamo visto tutti tante volte in film, telefilm, fumetti, etc.
Credo però sia ovvio a chiunque che questa fantasia non sta in piedi per molti motivi. L'intuito ci porta a immaginare che qualcosa di "materiale" venga trasferito durante il teletrasporto. Anche il verbo usato (il famoso "Beam me up, Scotty!" di Star Trek) è un indizio chiaro che il teletrasporto è immaginato, prima di tutto, come "trasporto di qualcosa". Ma per trasportare qualcosa c'è bisogno prima di tutto di un "mezzo di trasporto". E ancora: che cosa è che viene trasportato nel tele-trasporto? Particelle? Etere? Ectoplasma? E il trasporto non può essere istantaneo. Servirebbe del tempo. E anche energia.
Insomma, non può funzionare. Punto. Però...
Si! Può! Fare!
Nel 1993, viene pubblicato un articolo dal titolo "Teleporting an Unknown Quantum State via Dual Classical and Einstein-Podolsky-Rosen Channels". Diventa immediatamente un classico: un articolo rigoroso, profondo ma semplice allo stesso tempo, con implicazioni non solo per la scienza fondamentale ma anche (e, col senno di poi, direi soprattutto) per la tecnologia. Ed è anche uno dei primi articoli di fisica teorica a fare esplicitamente l'occhiolino ai nerd della fantascienza di tutto il mondo... E, in effetti, è considerato uno degli articoli di fisica più importanti degli ultimi 50 anni.
Ma se il teletrasporto non può funzionare, che cosa sta succedendo? Qui a essere teletrasportato non è né un oggetto né, tantomeno, una persona; e nemmeno una particella, ma "solo" l'informazione riguardo il suo "stato". E che cos'è uno stato? Domanda da un miliardo di dollari! Mi limito a dire che c'è chi si accapiglia ancora, e con foga, su questa definizione. Dal mio punto di vista, lo "stato" può essere pensato semplicemente come una funzione matematica che ci permette di fare previsioni (calcolare valori di aspettazione) logicamente consistenti per qualunque proprietà fisica del sistema.
Fine-print
Quindi: il teletrasporto quantistico è il protocollo che permette di trasferire uno stato quantistico qualunque da una particella in un posto a una particella in un altro posto. Alcune precisazioni importanti:
- lo stesso protocollo, lo stesso "apparecchio", funziona per qualunque stato, proprio come il comando di terminale "copy" copia qualunque file da una cartella a un'altra;
- il trasferimento non è istantaneo, ma richiede il trasferimento di bit (classici!) dal trasmettitore al ricevente: no grandparent was harmed in the process;
- il trasmettitore e il ricevente devono prima aver aperto un "canale privato" affinché il protocollo possa avvenire; il teletrasporto non può avvenire in un posto scelto all'ultimo minuto.
Il fatto che un canale privato debba essere aperto in anticipo credo suoni familiare a chi si interessa di computer e sicurezza digitale. Occhio però che il canale da aprire è un canale quantistico, non classico. I bit che devono essere inviati per completare il teletrasporto sono completamente random, non contengono alcuna informazione riguardo lo stato che deve essere teletrasportato. Quelli quindi possono essere comunicati pubblicamente. Quello di cui il trasmettitore e il ricevente hanno bisogno è uno "stato entangled", quello che nel titolo dell'articolo viene chiamato "EPR channel".
Esiste anche un teletrasporto classico!
Spiegare che cos'è l'entanglement però esula da ciò che intendo raccontare in questo post. Mi riservo di parlarne più avanti. Quello che mi sembra più interessante e che voglio dire qui è che: il "teletrasporto" non è necessariamente qualcosa che esiste solo in meccanica quantistica. Esiste un teletrasporto interamente classico!
È il protocollo crittografico che viene chiamato "One-Time Pad" o "Cifrario di Vernam". Guardiamo che cosa succede in quel caso: due agenti "aprono" un canale privato, condividendo una grossa quantità di bit casuali, la "chiave". Quando poi un agente deve comunicare all'altro un messaggio segreto, quello che fa è prendere il messaggio originale (espresso in bit) e sommare a ciascuno di questi bit i bit random condivisi prima. Il messaggio risultante appare quindi completamente random a chiunque lo intercetti senza avere accesso alla chiave condivisa in anticipo. Il messaggio originale è stato quindi "teletrasportato" da un agente a un altro inviando solo bit perfettamente random.
Delusi? In effetti, l'analogia è perfetta. Avrebbero potuto benissimo usare il nome "quantum one-time pad" invece di "quantum teleportation" ed evitare così un sacco di pubblicità. (Ma perché, poi?)
Ora il teletrasporto quantistico è considerato un protocollo di fondamentale importanza per le comunicazioni quantistiche. Adesso ci sono satelliti che (questi sì fanno "beam!") sparano un paio di fotoni entangled in due posti diversi sul globo, i quali possono poi usarli per trasferire stati quantistici e/o dati classici in totale sicurezza. Il teletrasporto quantistico però ha applicazioni anche nei computer quantistici, come mezzo di comunicazione tra diverse parti del circuito, incluse parti che usano tecnologie diverse, come ottica quantistica o qubit superconduttivi.
Per oggi credo possa bastare. Fatemi sapere se ci sono punti oscuri o altri che vorreste approfondire. Tempo permettendo, cercherò di rispondere. Trovo che fare divulgazione è un ottimo esercizio. Se poi ciò che scrivo risulta interessante anche ad altri è molto incoraggiante.
Alla prossima!
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Forte questa cosa... 😁
Qual è il modo più semplice per passare da miglia a chilometri?Usa Fibonacci!
1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, 34, ...
2 miglia sono circa 3 chilometri
3 miglia sono circa 5 chilometri
...
21 miglia sono circa 34 chilometrie più la distanza diventa lunga, più l'approssimazione è corretta.
Perché la serie di Fibonacci tende al rapporto aureo 1.618 che è molto vicino al rapporto 1 miglio = 1.609 chilometri
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C'è qualche volontario sul gruppo che quando sapremo CHI ha vinto ci spiegherà PERCHÉ ha vinto, con parole molto semplici?😁
Premio Nobel per la fisica 2025, oggi sapremo chi ha vinto
https://www.wired.it/article/nobel-per-la-fisica-2025-chi-ha-vinto/?utm_source=flipboard&utm_medium=activitypubPubblicato su Scienza @scienza-WiredItalia
Premio Nobel per la fisica 2025, oggi sapremo chi ha vinto
Il Comitato Nobel composto dai membri dell'Accademia reale svedese delle scienze, a Stoccolma, assegnerà il Nobel per la fisica 2025Marta Musso (Wired Italia)
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Aiuto su libro "Meccanica quantistica", di Susskind e Friedman
Qualcuno l'ha letto? Non capisco perché nel capitolo su come rappresentare gli stati di spin dica che questi possono essere rappresentati in uno spazio vettoriale BIDIMENSIONALE e perché come base usi |u> e |d> che non mi sembrano ortogonali.
A me sembra che avendo tre componenti lo spazio dovrebbe essere a 3 dimensioni e come basi userei |u> (o |d>), |l> (o |r>) e |i> (o |u>), per usare la nomenclatura del paragrafo in questione.
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Innanzitutto grazie per la risposta.
Il libro spiega che, se misurato lungo la direzione z (quindi parla di spazio), lo spin può avere valore 1 o -1, e chiama queste componenti "up" e "down" (le indica con |u> e |d>), se viene misurato nella direzione x può avere valore 1 o -1, e chiama queste componenti "left" e "right" e se viene misurato lungo y può aver valore 1 o -1, e chiama queste componenti "in" e "out".
È il libro stesso che propone questa analogia con lo spazio.
Poi improvvisamente dice che quindi lo spin può essere descritto come un elemento di uno spazio vettoriale le cui basi sono "up" e "down" (|u> e |d>) e che questi due ket sono ortogonali.
Io mi sono perso...
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Eccomi qui, siamo a pagina 28-29, metto qui sotto lo scanning delle righe interessanti.
Il paragrafo inizia dicendo che lo spin ha tre componenti, lungo i tre assi spaziali, e finisce con il dire che ogni spin può essere rappresentato in uno spazio bidimensionale come combinazione di |u> e |d>, che però per quanto detto in precedenza sono due vettori adagiati sulla stessa retta (l'asse z).
Poi per carità, i vettori in uno spazio di Hilbert potranno essere quanto di più diverso ci sia dai vettori che conosco io, però |u> e |d> da come vengono presentati, e a meno del segno, mi pare siano la stessa cosa. Non immagino proprio come possano essere le basi di uno spazio vettoriale bidimensionale.
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I fisici si avvicinano alla quinta forza che potrebbe svelare il mistero della materia oscura
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Telescopio Einstein, anche due premi Nobel a favore della candidatura di Sos Enattos
La Sardegna sarebbe "un sito eccellente" per ospitare il telescopio Einstein : a dirlo sono stati due premi Nobel per la fisica, Arthur McDonald e Takaaki Kajita , che hanno espresso il loro sostegno alla candidatura italiana durante un evento a Expo2025 Osaka organizzato dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare nell'ambito della Settimana della Regione Sardegna.
Arthur McDonald e Takaaki Kajita, insigniti del premio Nobel nel 2015 per i loro studi sulla massa dei neutrini, hanno avuto modo a Osaka di parlare della cooperazione scientifica tra Italia e Giappone nel campo delle onde gravitazionali e hanno anche dimostrato di apprezzare le caratteristiche uniche che contraddistinguono il sito sardo di Sos Enattos, candidato dall'Italia a ospitare il futuro rivelatore di onde gravitazionali.
Einstein Telescope, even two Nobel Prize winners in favor of Sos Enattos' candidacy
They are the physicists Arthur McDonald and Takaaki Kajita: their support for the Italian project on the occasion of the Sardinia Week at Expo2025 in OsakaRedazione (Unione Sarda English)
La prima mappa realizzata con la geometria quantistica segreta di un solido
Di recente, i fisici hanno mappato la forma nascosta alla base dei comportamenti quantistici di un cristallo, utilizzando un nuovo metodo destinato a diffondersi ovunque.
quantamagazine.org/first-map-m…
First Map Made of a Solid’s Secret Quantum Geometry | Quanta Magazine
Physicists recently mapped the hidden shape that underlies the quantum behaviors of a crystal, using a new method that’s expected to become ubiquitous.Shalma Wegsman (Quanta Magazine)
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Buchi neri come super collisori di particelle
Nell’ambiente che circonda un buco nero supermassiccio in rotazione possono prodursi collisioni fra particelle in grado di arrivare a energie fino a 100 teraelettronvolt, stima uno studio appena pubblicato su Physical Review Letters, eguagliando dunque le prestazioni promesse da progetti come l’Fcc, il Future Circular Collider
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E' nato un gruppo per persone appassionate alla Fisica
E' appena nato un gruppo Friendica per parlare un po' di #Fisica.
Non ci sono limiti ai temi che si possono trattare, va bene la fisica classica, la teoria della relatività, la fisica quantistica... va bene tutto, basta che sia Fisica.
Sarebbe gradito che chi decidesse di frequentare il gruppo mettesse qualche parola per presentarsi e dire se è una persona "semplicemente" appassionata alla Fisica o se svolge attività in questo settore (docente scuola superiore, docente università, ricercatore, ecc.) e magari quali argomenti la interessano di più o di quali si occupa.
Spero che qualche utente tra voi decida di seguire e che questo possa essere utile per rispondere alle tante curiosità che la materia fa venire.
A presto.
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Fata turchina
in reply to fbusc • • •"Parlando di "teletrasporto", a chiunque viene in mente l'immagine visiva di un oggetto/persona che si "smaterializza" da una parte per "rimaterializzarsi" da un'altra. L'abbiamo visto tutti tante volte in film, telefilm, fumetti, etc.
Credo però sia ovvio a chiunque che questa fantasia non sta in piedi per molti motivi. "
💔
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