Computer quantistici e l’inversione della freccia del tempo

A livello di fisica quantistica le leggi che regolano il nostro universo appaiono spesso controintuitive. E proprio in questo ambito si colloca il risultato di una ricerca nata dalla collaborazione fra l’Istituto di Fisica e Tecnologia di Mosca, l’Argonne National Laboratory dell’Illinois e l’ETH di Zurigo pubblicata su Scientific Reports.

La teoria di base: secondo il principio di indeterminazione di Heisenberg non è possibile conoscere la posizione esatta di una particella subatomica, ma si può restringere la possibilità a una zona molto piccola; tuttavia a partire dal momento stesso in cui tale zona viene determinata essa inizierà ad ampliarsi sempre più, l’area in cui la particella potrebbe trovarsi diventerà via via più grande. Si passa da uno stato di ordine a uno di caos crescente, come quando le palle da biliardo al centro del tavolo vengono sparpagliate in seguito al colpo che dà inizio alla partita.

Un ipotetico elettrone solitario nel vuoto dello spazio, a causa di una fluttuazione nella radiazione cosmica di fondo potrebbe tuttavia essere sottoposto a una sorta di evoluzione inversa che riporterebbe il proprio stato “indietro” di un decimiliardesimo di secondo, quindi la zona di spazio in cui esso si potrebbe trovare passerebbe da ampia a via via sempre più piccola, come se le palle del biliardo tornassero alla loro posizione ordinata a triangolo al centro del tavolo.

Ciò è in teoria possibile poiché nell’equazione di Schrodinger che descrive tale fenomeno la freccia del tempo è ininfluente, potrebbe quindi anche andare all’indietro. Tale fenomeno non è però mai stato osservato in natura e sarebbe estremamente raro.

Dall’idea di fondo si potranno nondimeno conseguire delle importanti applicazioni pratiche.

Il team di ricercatori, nell’ambito di IBM Q (progetto di cooperazione voluto dal colosso americano al fine di favorire lo sviluppo dei computer quantistici) ha creato un programma grazie al quale dei qbit (l’unità di informazione dei computer quantistici, come il bit lo è per i computer tradizionali), partendo da un valore zero e poi indotti verso stati sempre più complessi (quindi caotici), sono infine tornati grazie a un algoritmo allo stato di ordine iniziale, il valore zero.

Questo è avvenuto nell’85% dei casi usando due qbit, solo nel 50% con tre qbit. Ciò è dovuto alle imperfezioni nella costruzione del computer, che verranno certo risolte nel prossimo futuro.

Ottenere questi risultati è stato molto più difficile e importante di quanto possa sembrare di primo acchito, ed evidentemente non siamo in realtà di fronte a una violazione del secondo principio della termodinamica: anche nel caso di elettroni sarebbe forse più corretto parlare di reversibilità dello stato delle particelle più che del tempo termodinamico (la definizione stessa di tempo è incerta e oggetto di controversie nell’ambito della fisica) ma i risultati ottenuti, che riguardano i qbit, potranno essere molto utili nello sviluppo dei computer quantistici, nel controllo e nell’eliminazione degli errori che possono affliggere lo svolgimento dei programmi e l’elaborazione dei dati.

Un computer quantistico sarà immensamente più rapido ed efficiente di un moderno supercomputer elettronico, con intuibili enormi benefici in ogni campo della ricerca scientifica e delle conseguenti applicazioni pratiche di cui tutti potremo beneficiare.

Di Corrado Festa Bianchet

 

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