Alcuni fisici hanno messo in discussione un postulato storico della meccanica quantistica: i numeri immaginari sono davvero indispensabili? Un team dell’Università Heinrich Heine di Düsseldorf (HHU) e del Centro aerospaziale tedesco (DLR) ha dimostrato l'inaspettato: la meccanica quantistica può essere descritta integralmente utilizzando solo i comuni numeri reali. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, ricevendo il riconoscimento di "Highlight" dall'American Physical Society.
Per decenni, la teoria si è basata sui numeri complessi, in cui la parte reale codifica l'ampiezza di uno stato quantistico e quella immaginaria ne definisce la fase. Si riteneva che queste cifre peculiari (il cui prodotto per se stesse dà un risultato negativo) fossero insostituibili per descrivere fenomeni quantistici chiave, dall'interferenza all'entanglement. Nel 2021, un team internazionale guidato da Marc-Olivier Renou pubblicò su Nature un lavoro volto a dimostrare come qualsiasi versione della meccanica quantistica basata solo su numeri reali potesse essere smentita sperimentalmente. Quello sembrava essere il verdetto definitivo.
Tuttavia, la professoressa Dagmar Bruß e il suo dottorando Pedro Barrios Hita hanno riesaminato uno dei presupposti fondamentali della questione. Invece di pretendere una totale identità matematica nell'unione dei sistemi quantistici, hanno adottato un approccio diverso, basato non su postulati formali ma sul senso fisico: se un'operazione agisce solo su uno di due sottosistemi indipendenti, non deve produrre alcun effetto misurabile sul secondo. Questa condizione, semplice e logica, si è rivelata decisiva.
Il risultato ha sorpreso il team di ricerca: è emersa un'intera famiglia di teorie quantistiche formulate esclusivamente con numeri reali, in grado di prevedere esattamente gli stessi esiti della meccanica quantistica standard per ogni esperimento immaginabile.
«Entrambi i modelli forniscono previsioni identiche per qualsiasi esperimento ipotizzabile», ha spiegato la professoressa Bruß. «Ciò significa che, in questo quadro di riferimento, i numeri immaginari non sono fondamentalmente necessari per la meccanica quantistica e possono, in linea di principio, essere sostituiti da formulazioni alternative basate sui numeri reali».
Quali siano le implicazioni pratiche — dal calcolo quantistico alle comunicazioni protette — resta ancora un interrogativo aperto su cui gli sperimentatori stanno iniziando a indagare. Tuttavia, la semplice esistenza di una formulazione equivalente è destinata a rivoluzionare la nostra comprensione dei fondamenti matematici della teoria: ciò che appariva come un tratto fondamentale della realtà fisica potrebbe rivelarsi, in realtà, solo un pratico strumento di calcolo.
