Ritornare nel passato, rimettendo indietro le lancette dell’orologio. A oggi i viaggi nel tempo, tanto raccontati dalla letteratura e dal cinema, sono fantascienza. Ma non è così nel mondo quantistico: oggi un gruppo di scienziati dell’Istituto di fisica e tecnologia di Mosca (Mipt) è riuscito a riportare indietro nel tempo, di una frazione di secondo, lo stato di un computer quantistico. I fisici inoltre hanno calcolato la probabilità che un elettrone nello spazio interstellare vuoto viaggi spontaneamente verso il passato, tornando allo stato in cui si trovava pochi istanti prima del momento in questione. I risultati sono pubblicati su Scientific Reports.
L’idea da cui sono partiti gli autori è quella per cui in un sistema quantistico si possa provare a realizzare un moto perpetuo della seconda specie e violare la seconda legge della termodinamica. “Questa legge è strettamente collegata al concetto di base per cui la freccia del tempo è in una sola direzione, dal passato al futuro”, spiega Gordey Lesovik, che ha coordinato lo studio.
Il secondo principio della termodinamica è legato proprio alla freccia del tempo, dato che stabilisce l’irreversibilità di alcuni processi fisici, come il passaggio di calore da un corpo caldo ad uno freddo (e non viceversa) oppure il fatto che un sistema da solo evolve verso il caos – una maggiore entropia o disordine – e che non si può tornare indietro. Per fare un paragone con la vita quotidiana, è come dire che una volta nati, si cresce, si diventa adulti e poi anziani, mentre osservare il contrario non è possibile, oppure che quando un vulcano erutta non è possibile invertire l’eruzione o ancora che se un vetro cade a terra e si rompe non si riesce a far sì che si ricomponga da solo. E gli esempi potrebbero essere infiniti.
Un viaggio nel tempo
Tuttavia, se tornare indietro non è possibile, almeno nella realtà e per i sistemi fisici classici, gli scienziati hanno provato a farlo nel mondo quantistico, dove tanti di questi fenomeni diventano realizzabili, almeno in teoria. I ricercatori hanno deciso di calcolare la probabilità che un elettrone possa trovarsi esattamente nella sua configurazione precedente – passata – per una frazione di secondo. Sotto alcune complesse trasformazioni matematiche, spiegano gli autori, questo può accadere e anche se il fenomeno non è osservabile in natura potrebbe in teoria avvenire a causa di perturbazioni della radiazione cosmica di fondo che permea l’universo.
Dal calcolo di questa probabilità emerge che se si scorresse tutto il tempo di vita dell’universo, pari a circa 13,7 miliardi di anni, e si tenessero sott’occhio miliardi di elettroni al secondo, questo ritorno al passato dell’elettrone avverrebbe soltanto una volta in tutto. E le lancette verrebbero spostate, per l’elettrone, di un tempo infinitesimo, pari a 10 miliardesimi di secondo. Il fatto che tale fenomeno spontaneo sia così raro, cioè che possa riguardare un solo elettrone in tutta la vita dell’universo, è un’altra prova del perché questo non può accadere nel mondo reale, dove ogni oggetto è composto da un numero sorprendente di elettroni che dovrebbero tutti tornare indietro nel tempo contemporaneamente. E dunque del perché non possiamo osservare una persona anziana che andando avanti nel tempo ritorna giovane.
Una volta calcolata la probabilità che l’elettrone torni indietro nel tempo, gli scienziati hanno studiato come ottenere questo risultato deliberatamente, cioè stavolta non rimanendo fermi ad osservare, in un computer quantistico. Il computer quantistico, di cui sono già disponibili alcuni prototipi, potrebbe rivoluzionare in futuro il mondo dell’informatica e migliorare le operazioni svolte oggi coi computer tradizionali.
I quantum bit
Gli autori hanno studiato l’inversione del tempo in un computer quantistico a due (e poi a tre) qubit, o quantum bit – il bit di un computer quantistico, ovvero l’unità di informazione di questo computer.
Per farlo hanno prima posto i qubit in una configurazione molto stabile, detta stato fondamentale, che corrisponde ad una situazione di ordine. Successivamente hanno degradato questo ordine per cui i qubit risultano maggiormente sparsi e meno localizzati. Dopo, uno specifico programma computazionale ha applicato l’inversione temporale per far sì che il computer quantistico evolva all’indietro, cioè torni al passato. In questo caso, l’intervento, preciso e che viene dall’esterno, mira ad ottenere quello che per l’elettrone risulta avvenire una sola volta in tutta la vita dell’universo, ovvero riportare indietro il tempo di qualche frazione di secondo. I ricercatori sono riusciti a raggiungere questo obiettivo e poi a riportare nello stato iniziale (una sorta di ritorno al futuro) il computer a due qubit: questo avveniva nell’85% dei casi.
Al di là della curiosità scientifica, questo esperimento potrebbe avere delle applicazioni pratiche, come spiegano gli autori: l’algoritmo che permette di invertire potrebbe servire per migliorare gli stessi computer quantistici, ad esempio per renderli più precisi. “Il nostro algoritmo – chiarisce Andrey Lebedev del Mipt e della Scuola politecnica federale di Zurigo – potrebbe essere aggiornato e impiegato per testare programmi scritti per computer quantistici ed eliminare il rumore di fondo e gli errori”.
Via: Wired.it
Ipotizziamo di essere nel prossimo secolo con i computer quantistici probabilmente alla portata di molte persone comuni e una potenza inaudita, mettiamoli in una cloud che li supporta, leghiamoli alla capacità che avrà la medicina nel sostituire le parti danneggiate del corpo, non ci sentiremo prossimi a quello che i credenti chiamano Dio?