martedì 5 giugno 2007

Popular physics



The social aspects of quantum entanglement


Confessions of a theoretical physicist. Our readers might be wondering how and why an article with such a strange title fits in a journal of popular culture. Actually, the common reaction when people meet a theoretical physicist is to look at him like an alien, or an autistic psychopath unable to conduct a normal life enjoying more "popular" subjects. Well, there are many reasons why theoretical physics is not so popular even among people with a passion for culture. Everybody would be puzzled when hearing the absurdities that we often profess about how Nature works! Quantum theory, specifically, affirms that our everyday experience of the "macroscopic" world (things that we see and touch) is useless to describe how the "microscopic" world (the minuscule components of the same things that we see and touch) behaves.
These tiny objects don´t even know whether they are particles (like billiard balls) or waves of energy (like sun rays), and not because we are unable to detect them with enough precision, but because there is an ultimate a priori limit to the knowledge that can be gained. Thus, depending on how we look at them, they behave as particles or as waves, answering randomly to our tests.
Now go and tell everybody that the best minds of the last century discovered this (confirmed by over 70 years of experimental evidences): that the world is intrinsically random and it´s impossible to have complete information of its components, and this implies that there are for example poor kittens which are at the same time dead and alive? I guess they will feel a bit depressed, and/or will think that you are completely drunk!! Indeed, quantum theory might come handy! This "uncertainty" principle says that if you know perfectly where a particle is, you cannot know its speed, and viceversa. So next time a policeman stops you saying you´re running too fast with your car, try to tell him (and let us know if it works) that according to a Mr Heisenberg, as you are in a given place there´s no way to know which was your speed; and if he insists that he has recorded your speed, you answer that you couldn´t be in that given place at that moment, as you are delocalized in the entire universe!!!
Now, if a couple of brave readers arrived alive at this point, they must have at least a terrible headache! Relax, you are in good company. Mr Einstein eventually refused quantum ideas because "God - he said - does not play dice". And Mr Feynman (and I´m mentioning all Nobel Prize winners!) honestly said: "Nobody understands quantum mechanics?. So, do I have any hope to make quantum physics a popular piece of culture" I will now tell you something about the most counterintuitive and radical feature of quantum mechanics.. yet I will try to make it as natural as the feeling that everybody experiences from the moment of birth and before: love.

Entanglement: passion at a distance. Mr Schrödinger (another pioneer of quantum mechanics, and Nobel Prize winner: he promoted the cat example) coined the term "entanglement" (entrelazamiento) in 1935 to describe a peculiar connection between quantum systems:

"When two systems enter into temporary physical interaction due to known forces
between them, and when after a time of mutual influence the systems separate again,
then they can no longer be described in the same way as before. I would not call
that one but rather the characteristic trait of quantum mechanics, the one that
enforces its entire departure from classical lines of thought. By the interaction
the two systems have become entangled."

Entanglement thus manifests as a somehow puzzling correlation (Einstein blamed it as a "spooky action at a distance") between parties who once came into contact, and mantain their contact even miles away. This has been experimentally demonstrated with individual atoms or light beams: but how can it fit in our everyday experience of life? The closest feeling which comes into my mind is love. Think of a mother and a child, or two lovers who shared an intense emotion, and are now living at the opposite sides of the world. They feel each other, perceive the happiness or the sadness of the distant partner, and are influenced by this. Schrödinger added:

"Another way of expressing the peculiar situation is: the best possible knowledge
of a whole does not necessarily include the best possible knowledge of all its
parts. The lack of knowledge is due to the interaction itself."

In our metaphor, nobody of the two lovers is complete on its own. Only when taken together, they complement each other. They are non-separable halves of the same entangled entity. No proper and complete understanding, on both physical and psychological grounds, is available for this phenomenon. But the language of art, probably, can make it clearer: entanglement is admirably depicted by Pamela Ott (see the picture above), who has almost zero knowledge of quantum mechanics (I asked her!) and paints "from her subconscious". The waveness of the lines, the choice of complimentary colors, the faded entwining of bodies and souls is what in my opinion most closely resembles a true image of entanglement, and of loving passion.

Entangled families: monogamy versus promiscuity. Now the subject becomes intriguing. What happens if there are three or more parties in this love game? Technically, we are addressing the complex topic of "multipartite entanglement". In this context, there´s a fundamental law: entanglement is monogamous! If our two lovers, traditionally called Alice and Bob, really love each other a lot - they are maximally entangled - there´s no way for Alice to be even a little bit in love with a Carlos (or the same for Bob and a Clara). This is maybe a bit controversial, as in our modern culture it´s becoming more and more popular to violate monogamy in human relationships...but at least let me say that entanglement, now that we look at it with the eyes of love, is not that bad beast that people (even eminent ones) thought it to be. Are you starting to like it? Be advised though that if the love between Alice and Bob is not total, each of them can share some love with extra parties!! So back home, be sure that your partner is maximally entangled to you, otherwise, suspicions are legitimate!!
Another interesting aspect can arise in multi-party entangled relationships. The above picture (total entanglement excludes third parties) strictly applies to very simple, "binary" objects (or persons), only capable of answering either yes or no to any question without more structured argumentations (we call them "qubits"). But suppose now that Alice and Bob are more complex characters (we call them "continuous-variable systems"), capable to answer questions providing a series of elaborate motivations. Such kind of more reliable persons, may at some point think to enrich their family life with a baby. Can they love their baby while being monogamous to each other? Yes, they can! In this scenario, the entanglement (love) between any two of them in their family can be arbitrarily strong, and this enhances the genuine entanglement (love) shared by the three of them (mom, dad, and the baby). Isn´t it a nice romantic picture? Actually, an alternative description could be in terms of a group of three or more people, which might also be all of the same sex! And this "freedom" that arises if their personality is multifaceted and not binary, is a sort of promiscuity: the more any two of them are attracted by each other, the more they like to stay altogether acting in threesomes and more intricate orgies! The quantum society, you see, is not that much different from ours after all: we are made of quanta and immersed into them... who´s influencing who?

Is there a serious quantum impact on our society? These are just funny ways to try to relate the microscopic world (in which entanglement has probably nothing to do with love) to the world in which we are used to live. Everybody may imagine the situation which in his fantasy best applies to this strange quantum realm. Already at the ages of Romans and Greeks, people invented figures (gods) associated to natural events, and pictured them as banqueting and being involved in love affairs.
Entanglement is surely one of the mysterious ´gods´ of the Book of Nature as we know it today, and "when it comes to entanglement - according to V. Vedral - we´ve only ust discovered the tip of an iceberg".
I conclude by hinting at what entanglement can really do for us. Apart from its quite interesting social aspects at the microscopic level, the new technological quantum information revolution is taking place, based on entanglement and its properties. In particular, Alice and Bob can send flirting emails to each other with the unconditional security that nobody can eavesdrop, as they encrypt their data via a secret key established from the intrinsic randomness of quantum particles, and protected by the monogamy of entanglement. And this is reality: quantum cryptosystems are plug-and-play devices which you can buy from MagiQ www.magiqtech.com or IdQuantique www.idquantique.com, and install on your PC to definitely solve the problem of (quantum) hackers. Similarly, we are working to build quantum computers, which exploit quantum superpositions (wave and particle, dead and alive..) to do parallel calculations billions of times faster than current supercomputers!!! And there is much, much more?
I´ve enjoyed speaking about one particular aspect of science, which is entering into and gradually affecting popular culture. Like this, there are many others. Now, next time you meet a theoretical physicist, please don?t look at him in that strange way :) and remember... we are all entangled!


Gerardo Adesso

Universita´ degli Studi di Salerno (Italia)
& Universita´ Autonoma di Barcellona (Spagna)

gerardo.adesso@gmail.com

Il coefficiente di Viscosita´

Nel corso delle ultime settimane, sulle pagine dei giornali, stanno tenendo banco le vicende che vedono protagonista il vice ministro delle Finanze Vincenzo Visco, in merito ad una sua presunta interferenza nelle azioni della Guardia di Finanza (GdF), mirata a decapitarne i vertici milanesi. Secondo alcuni canali informativi, Visco sarebbe intervenuto per evitare che le indagini della GdF portassero alla luce alcuni "reperti" relativi alla scalata alla Banca Nazionale del Lavoro (BNL) da parte delle assicurazioni UNIPOL- caposaldo della finanza rossa in Italia- di cui fu attore Giovanni Consorte, uomo forte delle cooperative rosse, vicino a Massimo D´Alema e Piero Fassino.

In questo calderone di notizie e di vicende, e´ opportuno riportare uno stralcio tratto dall´editoriale scritto da Eugenio Scalfari:
http://www.repubblica.it/2007/06/sezioni/economia/visco-gdf/scalfari-destra-giacobina/scalfari-destra-giacobina.html

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Ma ora risaliamo a quanto è accaduto tra il vice ministro delle Finanze e
il generale Speciale. Ecco i fatti nella loro crudezza.

1. Speciale presenta a Visco qualche mese fa un piano di avvicendamenti comprendenti l'intero quadro di comando della G. d. F. Motivazione: è
prassi che ogni tre anni gli incarichi siano avvicendati per ragioni di funzionalità.

2. Visco esamina il piano e vede che l'avvicendamento riguarda tutti i
comandi salvo quelli di Milano e della Lombardia. Ne chiede ragione.
Speciale, in ottemperanza, si impegna a riformulare il piano includendovi i comandi della Lombardia.

3. Visco sa benissimo il motivo dell'esclusione dei generali e dei
colonnelli che hanno incarichi dirigenti a Milano: si è formato da anni in
quella provincia un gruppo di potere collegato con il comando generale di
Roma. Risulta a Visco che quegli ufficiali abbiano "chiuso gli occhi" su
gravissime irregolarità verificatesi nel sistema delle intercettazioni
telefoniche, avvenute nel corso di scalate finanziarie a banche e a giornali.

Alcuni di quei documenti sono stati trafugati e consegnati a giornali di
parte per la pubblicazione. In alcuni casi le intercettazioni non sono
neppure arrivate all'ufficio del Pubblico Ministero ma trafugate prima e
consegnate ai giornali senza che la magistratura inquirente ne avesse preso visione.

4. Passano i giorni e le settimane ma Speciale non consegna il nuovo piano di avvicendamento.

5. Nel frattempo lo stesso Speciale avvisa, all'insaputa di Visco, il procuratore della Repubblica di Milano che i comandi della G. d. F. milanese stanno per essere sostituiti. Il procuratore si preoccupa per i nuclei di polizia giudiziaria che operano ai suoi ordini effettuando inchieste delicate e importanti. Speciale lo invita a mettere per iscritto quelle preoccupazioni. Arriva la lettera del procuratore. Speciale la mostra a Visco.

6. Visco, dopo aver riesaminato la pratica, telefona a Speciale per manifestare la sua sorpresa e il suo malcontento. Speciale mette in vivavoce la telefonata alla presenza di due alti ufficiali che ascoltano la conversazione.

7. Il tribunale di Milano, richiesto di verificare lo stato dei fatti in
via di accertamento, esclude che esista alcuna indebita interferenza da parte di Visco.

8. Speciale rende pubblico il conflitto in atto presentandolo come
un'interferenza di Visco sull'autonomia della G. d. F.
Di qui i seguiti politici che conosciamo e che portano all'autosospensione
di Visco dalla delega sulla G. d. F. e alla rimozione di Speciale dal
comando generale per rottura del rapporto fiduciario tra lui e il governo.

Dove sia in questa arruffata vicenda l'attentato alla Costituzione e alla
democrazia denunciato con voce stentorea da Berlusconi e da tutti i suoi
alleati, Casini compreso, è un mistero.

Il vice ministro delle Finanze aveva - ed ha - il fondato sospetto di
gravi irregolarità compiute da alcuni comandi collegati con il comando
generale. Rientra pienamente nei suoi poteri stimolare il comando generale
ad avvicendare i generali non affidabili. Alla fine, accogliendo le
preoccupazioni del procuratore di Milano, lo stesso Visco consente ad
escludere i comandi milanesi dall'avvicendamento dei quadri nel resto
d'Italia.

Tra i dettagli (dettagli?) incredibili c'è quella telefonata messa in
vivavoce all'insaputa dell'interlocutore ed ascoltata da due ufficiali di
piena fiducia dello Speciale. Basterebbe questo dettaglio a rimuoverlo dal
comando. Del resto - e purtroppo - non è la prima volta che il comando generale
della G. d. F. dà luogo a gravissimi scandali. Almeno in altre due
occasioni dovette intervenire la magistratura penale e fioccarono pesanti
condanne di reclusione.

Ovviamente ciò non lede il valore e l'affidabilità di quel corpo militare,
così come i tanti casi di pedofilia dei preti non vulnerano l'essenza
della Chiesa quando predica il Vangelo. Certo ne sporca l'immagine e
quindi danneggia fortemente la Chiesa. Così le malefatte di alcuni
generali e perfino del comandante generale pro-tempore non inficiano
l'essenza d'un corpo chiamato a tutelare le finanze dello Stato ma
certamente ne sporcano l'immagine.

Quanto a Visco, quando il conflitto si è fatto rovente tracimando nella
politica e in Parlamento, ha restituito la delega in attesa che si
pronunci la magistratura di Roma che nel frattempo ha aperto un'inchiesta
contro ignoti su quel tema.
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Contestualmente, qui di seguito, una intervista rilasciata a Gianluigi Nuzzi de "Il Giornale" dall´ex direttore dell´ANSA Pierluigi Magnaschi, il quale riconduce il suo licenziamento alle pubblicazioni relative al caso Visco-GdF.

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Gianluigi Nuzzi per Il Giornale


Direttore Pierluigi Magnaschi, l’estate scorsa l’Ansa per prima diffuse in
rete la notizia dell’imminente trasferimento dell’intera gerarchia della
Guardia di finanza di Milano. Erano passate da poco le 22 del 16 luglio
2006: lo scoop aprì un durissimo scontro politico.
«E determinò anche il mio licenziamento».

Scusi?
«Il mio licenziamento da direttore dell’Ansa, avvenuto, non senza
difficoltà (perché molti soci erano contrari) alla fine di novembre 2006,
è dovuto alla pubblicazione, da parte dell’Ansa, della notizia che il
viceministro Vincenzo Visco aveva chiesto la decapitazione del vertice
della Guardia di finanza di Milano».


Direttore sta avanzando delle accuse gravi di ingerenza dell’attuale
governo sulla prima agenzia di stampa italiana.
«Io mi limito ai fatti. E che il mio licenziamento sia proprio connesso al
caso Visco-Gdf lo dimostrano i fatti».

Queste sono valutazioni personali.
«No, perché oltre ai fatti ebbi la conferma anche da diversi leader
politici della maggioranza. A suo tempo mi hanno riferito che il mio
licenziamento era dovuto a quella pubblicazione».

Ma scusi l’Ansa mica è di proprietà di Palazzo Chigi o del governo. Mica
possono chiedere la testa del direttore dell’agenzia per uno scoop non
gradito. E poi lei lasciò l’agenzia per raggiunti limiti d’età.
«Guardi non diciamo fesserie e torniamo ai fatti».

Ovvero?
«Subito dopo la pubblicazione degli avvicendamenti della Guardia di
finanza di Milano, notizia che era vera e verificata, il presidente
dell’Ansa, Boris Bianchieri, 77 anni, scoprì improvvisamente che, cinque
mesi prima, avevo compiuto 65 anni e quindi dovevo andare in pensione».


Non è previsto nel contratto come il Corriere?
«Il contratto non lo prevede tassativamente ma lo consente solo come
opzione. Ma non è finita. Biancheri, in pubblico, aveva precedentemente e
ripetutamente lodato la mia direzione e aveva detto che i bravi professionisti sono una risorsa e con essi l’età non conta. E in privato, sia pure alla presenza di altre persone, alla vigilia della sua ultima conferma triennale come presidente dell’Ansa, avvenuta alla fine del 2005, Biancheri aveva chiesto il mio sostegno perché la nostra, disse lui “era una squadra vincente”».