I ricercatori dell’Istituto di Fisica di Mosca hanno bloccato lo scorrere del tempo con un computer quantistico

Un gruppo di scienziati provenienti da Russia, Stati Uniti e Svizzera è riuscito a far tornare un computer quantistico indietro nel tempo per una frazione di secondo, “infrangendo” quindi la seconda legge della termodinamica. Le conseguenze e i possibili sviluppi di questo fenomeno nel mondo reale sono stati presentati nella rivista Scientific Reports.

 “Questo è solo uno di una serie di esperimenti, effettuati per verificare la possibilità di infrangere la seconda legge della termodinamica, una legge della fisica strettamente collegata alla distinzione tra passato e futuro. Esaminiamo ora il problema da un altro punto di vista: siamo noi che abbiamo creato artificialmente il sistema esistente, che si sviluppa al contrario rispetto alla seconda legge”, dice Gordej Lesovik dell’Istituto di Fisica di Dolgoprudnyj, Mosca.

Gordej Lesovik dell’Istituto di Fisica di Mosca.

La concezione del tempo lineare è una delle basi della fisica e della cosmologia contemporanea. È un postulato del fatto che il tempo nel nostro universo si muove solo in una direzione: dal passato al presente, e “riavvolgerlo” al contrario non è possibile. Dal punto di vista della fisica ciò si manifesta come un continuo aumento del caos presente nell’Universo (condizione che gli scienziati chiamano entropia). Questo principio, che spesso viene chiamato seconda legge della termodinamica, è ritenuto una verità assoluta, che guida la vita dell’Universo a tutti i livelli. Ed è anche il motivo per cui il moto perpetuo non può essere realtà.

Tre anni fa Lesovik e i suoi colleghi hanno scoperto che il secondo principio della termodinamica può essere infranto in un sistema quantistico, sebbene con i loro esperimenti volessero dimostrare proprio il contrario. Questa scoperta ha portato alla creazione di un analogo quantistico del cosiddetto “diavoletto di Maxwell”, una creatura ipotetica che smista le molecole veloci e quelle lente. Poco dopo i fisici russi hanno creato con successo questo analogo e si sono chiesti se fosse possibile usare le incredibili proprietà del mondo quantistico per spezzare il “diavoletto di Maxwell” in diverse parti, separate da distanze relativamente grandi. L’ambizioso piano è stato realizzato alla fine dell’anno successivo.

Rappresentazione grafica del “diavoletto di Maxwell”.

Come nota Lesovik, la continuazione logica degli esperimenti li ha portati a verificare se il tempo potesse tornare indietro spontaneamente di almeno una particella, il cui comportamento è controllato dalle leggi della fisica quantistica. Per fare ciò hanno calcolato se un elettrone nello spazio vuoto può spontaneamente tornare indietro nel passato per un istante, utilizzando l’equazione di Schrödinger per stimare dove si troverà la particella in un determinato momento. Questi risultati erano basati su un’ idea semplice: la posizione della particella è continuamente “spalmata” nello spazio, obbedendo all’azione della “freccia del tempo”.

Come si è scoperto, l’elettrone può davvero tornare indietro nel passato spontaneamente, facendo ritorno alla condizione nella quale si trovava alcuni istanti prima. Tali eventi tuttavia dovrebbero verificarsi molto raramente: secondo i calcoli di Lesovik e dei suoi colleghi, ciò può infatti accadere una volta durante tutta l’ esistenza dell’Universo, e il tempo viene “riavvolto” indietro per un totale di soli 0,06 nanosecondi.

Tuttavia la possibilità stessa di una violazione della seconda legge della termodinamica ha permesso agli scienziati russi e stranieri di eseguire manualmente un’ operazione analoga, utilizzando un computer quantistico basato su un cloud dell’azienda IBM. I ricercatori hanno unito due o tre quanti, i moduli elementari di calcolo e celle di memoria della macchina quantistica, li hanno riempiti con un certo numero di cifre e hanno iniziato a manipolare il contenuto cosicché il livello del caos nel sistema iniziasse a crescere rapidamente. Quando l’entropia ha raggiunto il punto fisso, un altro programma ha iniziato a indirizzare il lavoro dei quanti, portandoli a una condizione che ha causato un’ulteriore evoluzione non del caos, ma dell’ordine. Come risultato, per un istante i quanti  sono tornati alla condizione di partenza.

Nella riga finale, le quattro fasi dell’esperimento con il computer quantistico (dallo stato più stabile al caos, quindi l’evoluzione “al contrario” e il ripristino dello stato iniziale). Al centro, il minuscolo passo indietro nel tempo di un elettrone, come ipotizzato nella prima parte della ricerca. In alto, lo stesso processo spiegato con le palle da biliardo: ordine iniziale, caos, disturbo esterno che inverte il processo, di nuovo ordine.

Come spiegano i fisici, questa procedura non ha sempre avuto successo: per due quanti ha funzionato nell’80% dei casi, e per tre quanti solo nella metà dei casi. Come ipotizzano  i ricercatori, ciò è dovuto ad errori nel funzionamento dello stesso computer quantistico e a nessun altro motivo inaspettato o inspiegabile. Nel prossimo futuro Lesovik e il suo team pianificano di sviluppare algoritmi di “inversione temporale” più efficienti, che funzioneranno più velocemente e permetteranno di manipolare lo stato di un maggior numero di quanti.

Fonte: ria.ru, 13/03/2019 – traduzione di Giulia Romanelli

Giulia Romanelli

L'Est Europa, con la sua cultura e la sua mescolanza di lingue e popolazioni, è il mio interesse principale. Tutto è iniziato con una lezione sulla rivoluzione russa in quinto superiore, da lì ho deciso di studiare questa magnifica e tremenda lingua prima all'università di Urbino, poi a Bologna. Ho migliorato le mie competenze con un soggiorno a Mosca, ho svolto un volontariato in Lituania e da lì mi sono lanciata in un viaggio alla scoperta dei paesi slavi, ho vissuto 5 mesi a Varsavia dove ho avuto il piacere di studiare il polacco, ho insegnato italiano a Praga, attualmente vivo in Italia. Spero di sfruttare le mie conoscenze per darvi uno sguardo più approfondito sull'est Europa.