L'interferenza quantistica è uno dei principi più impegnativi della teoria quantistica. In sostanza, il concetto afferma che le particelle elementari non solo possono trovarsi in più di un luogo in un dato momento (attraverso la sovrapposizione), ma che una singola particella, come un fotone (particelle di luce) può attraversare la propria traiettoria e interferire con la direzione del suo percorso.
Il dibattito sul fatto che la luce sia essenzialmente particelle o onde risale a più di trecento anni fa. Nel diciassettesimo secolo, Isaac Newton affermò che la luce consisteva in un flusso di particelle; All'inizio del diciannovesimo secolo, Thomas Young ideò l'esperimento della doppia fenditura per dimostrare che si trattava di onde. Sebbene le implicazioni dell'esperimento di Young siano difficili da accettare, ha fornito prove affidabili dell'interferenza quantistica attraverso ripetuti tentativi. Il noto fisico Richard Feynman ha affermato che gli elementi essenziali della meccanica quantistica potrebbero essere afferrati da un'esplorazione dell'esperimento della doppia fenditura.
Per questa variazione dell'esperimento di Young, un raggio di luce è puntato su una barriera con due fenditure verticali. La luce passa attraverso le fessure e il motivo risultante viene registrato su una lastra fotografica. Se una fessura è coperta, il motivo è quello che ci si aspetterebbe: un'unica linea di luce, allineata con qualsiasi fenditura aperta. Intuitivamente, ci si aspetterebbe che se entrambe le fessure sono aperte, il modello di luce rifletterà questo fatto: due linee di luce, allineate con le fessure. In realtà, tuttavia, ciò che accade è che la lastra fotografica è completamente separata in più linee di luminosità e oscurità in vari gradi. Ciò che viene illustrato da questo risultato è che l'interferenza si sta verificando tra le onde / particelle che attraversano le fenditure, in quelle che, apparentemente, dovrebbero essere due traiettorie non incrociate.
Ci aspetteremmo che se il fascio di fotoni fosse sufficientemente rallentato da garantire che i singoli fotoni colpiscano la lastra, non potrebbero esserci interferenze e il modello di luce sarebbe due linee di luce, allineate con le fenditure. In realtà, tuttavia, il modello risultante indica ancora un'interferenza, il che significa che, in qualche modo, le singole particelle stanno interferendo con se stesse. Questo sembra impossibile: ci aspettiamo che un singolo fotone attraversi una fenditura o l'altra e finisca in una delle due possibili aree di linea di luce. Ma non è quello che succede. Come ha concluso Feynman, ogni fotone non solo attraversa entrambe le fenditure, ma attraversa simultaneamente ogni possibile traiettoria in rotta verso il bersaglio, non solo in teoria, ma di fatto.
Per vedere come ciò potrebbe accadere, gli esperimenti si sono concentrati sul tracciamento dei percorsi dei singoli fotoni. Ciò che accade in questo caso è che la misurazione interrompe in qualche modo le traiettorie dei fotoni (in accordo con il principio di indeterminazione della teoria quantistica), e in qualche modo i risultati dell'esperimento diventano ciò che sarebbe previsto dalla fisica classica: due linee luminose sulla fotografia piastra, allineata con le feritoie della barriera. Interrompi il tentativo di misurare, tuttavia, e il modello diventerà di nuovo più linee con vari gradi di luminosità e oscurità.
La ricerca sull'interferenza quantistica viene applicata in un numero crescente di applicazioni, come il dispositivo di interferenza quantistica superconduttiva (SQUID), la crittografia quantistica e il calcolo quantistico.