Scienziati fanno scorrere il tempo all’indietro con un computer quantico

Per una frazione di secondo, gli scienziati hanno raggiunto qualcosa che sembrava impossibile. I ricercatori dell’Istituto di Fisica e Tecnologia ...

Scienziati fanno scorrere il tempo all'indietro con un computer quantico.

Per una frazione di secondo, gli scienziati hanno raggiunto qualcosa che sembrava impossibile. I ricercatori dell’Istituto di Fisica e Tecnologia di Mosca (IFTM) insieme a scienziati negli Stati Uniti e in Svizzera, sono riusciti a far tornare un computer quantico allo stato che aveva una frazione di secondo in passato.

In altre parole, sono riusciti a recuperare il tempo in quel dominio quantico. L’esperimento sembra contraddire una legge fondamentale della fisica, la seconda legge della termodinamica.

“Questa legge è strettamente correlata alla nozione di tempo come una freccia che si muove solo in una direzione, dal passato al futuro”, ha detto Gordey Lesovik, scienziato dell’IFTM e autore principale dello studio pubblicato nella rivista Scientific Reports. “Abbiamo creato artificialmente uno stato che si evolve in una direzione opposta a quella della freccia temporale della termodinamica”, ha aggiunto.

Perché non vediamo un’eruzione capovolta?

Cosa differenzia il futuro dal passato?

La maggior parte delle leggi in fisica non fa distinzioni tra il futuro e il passato. Possiamo capire questo, sottolineano i ricercatori, considerando un’equazione che descrive la collisione e il rimbalzo di due palle da biliardo.

Se registriamo l’urto con una telecamera e poi osserviamo il nastro in senso inverso, il movimento in entrambe le direzioni potrebbe essere rappresentato dalla stessa equazione.

Tuttavia, se immaginiamo una registrazione in cui le palle si vedono disperdere in tutte le direzioni quando colpite da un bastone da biliardo, e vediamo il film sottosopra, ciò che vediamo sembrerà improbabile.

Ciò è dovuto alla nostra comprensione intuitiva della seconda legge della termodinamica, che afferma:

“un sistema isolato rimane chiuso o si evolve in uno stato più caotico, ma mai in uno più ordinato”.

La maggior parte delle altre leggi della fisica non impedisce alle palline di sistemarsi da sole in un triangolo, o che il tè diffuso in un infuso possa ritornare nella bustina del tè, o che la lava possa ritornare a un vulcano in un’eruzione al contrario, gli scienziati sottolineano.

Non vediamo nulla di ciò che accade nel mondo che ci circonda, perché ciò richiederebbe ad un sistema isolato di assumere uno stato di ordine superiore senza alcun intervento, qualcosa che va contro la seconda legge della termodinamica, una legge “la cui intima natura non è stato ancora spiegato in dettaglio”.

Bit quantici

Se non vediamo che il tempo ritorna nel mondo osservabile, come hanno fatto gli scienziati a farlo accadere?

La “macchina del tempo” usata dai ricercatori è un computer quantistico.

Nel calcolo digitale tradizionale, un bit o un’unità di informazioni può assumere solo due valori: zero o uno. Al contrario, nel calcolo quantistico, vengono utilizzati cubi o bit quantici, che utilizzano le incredibili proprietà delle particelle subatomiche.

Elettroni o fotoni, ad esempio, possono presentare due stati contemporaneamente, un fenomeno chiamato sovrapposizione. Pertanto, un cubo può assumere il valore 0, 1 o 0 e 1 alla volta.

Di conseguenza, un computer basato su cubiti può eseguire molti più calcoli a una velocità superiore rispetto a una macchina convenzionale.

Lesovik e i suoi colleghi hanno progettato un esperimento geniale. Hanno usato un programma che converte lo stato iniziale dei cubiti in un computer quantistico IBM in un modello di zeri e uno di cambiamento sempre più complesso.

In questo processo l’ordine viene perso, nello stesso modo in cui le palle da biliardo formate in un triangolo si disperdono quando vengono colpite da un’altra palla guidata da un bastone da biliardo.

Un altro programma ha quindi modificato lo stato del computer quantico in modo tale da evolvere all’indietro, dal caos all’ordine. In altre parole, lo stato dei cubiti tornò alla sua posizione iniziale.

Secondo i ricercatori, l’esperimento equivale a “prendere a calci un tavolo da biliardo in modo che le palle si riorganizzino nella loro formazione a triangolo”.

Applicazioni

Gli scienziati hanno scoperto che il computer quantico di due cubiti tornava al suo stato iniziale nell’85% dei casi. Ma quando venivano usati tre cubiti, il tasso di errore era del 50%.

Ciò è dovuto alle imperfezioni nella progettazione di computer quantistici che potrebbero essere superati in futuro, secondo gli scienziati.

L’esperimento è lontano dal suggerire che possiamo viaggiare nel tempo in futuro. Ma potrebbe avere applicazioni pratiche.

“Il nostro algoritmo potrebbe essere aggiornato e utilizzato per testare ed eliminare gli errori nei programmi scritti per i computer quantistici”, ha detto Lesovik.

Gli scienziati potrebbero verificare che il software di un computer quantico funzioni correttamente facendolo tornare indietro nel tempo. E qualsiasi progresso nello sviluppo di computer quantistici, il “Santo Graal” dell’informatica, potrebbe avere conseguenze per tutti.

Gli informatici dicono che i computer quantistici potrebbero accelerare la scoperta di nuovi farmaci, decifrare i più complessi sistemi di sicurezza crittografici, aiutare a progettare nuovi materiali e modellare il cambiamento climatico in modo più accurato.