Nella nostra esperienza quotidiana, il tempo è una strada a senso unico. Vediamo che le uova rotte rimangono rotte e il latte versato non ritorna mai nel bicchiere. Questo fenomeno è guidato dalla Seconda Legge della Termodinamica, secondo la quale l’entropia, o il disordine, in un sistema aumenta sempre nel tempo. Tuttavia, nuove ricerche teoriche suggeriscono che a livello subatomico questa “freccia del tempo” potrebbe effettivamente essere reversibile.
Il concetto di reversibilità
Uno studio pubblicato su Physical Review X dal fisico Luis Pedro García-Pintos e dal suo team dimostra che nei sistemi quantistici, gli eventi possono essere “capovolti” per scorrere all’indietro. Sebbene questi risultati siano attualmente teorici, forniscono una tabella di marcia matematica su come tale impresa potrebbe essere raggiunta attraverso un preciso controllo esterno.
Per capire come funziona, dobbiamo guardare alla relazione tra misura e ordine:
- Il ruolo della misurazione: Nella meccanica quantistica, le particelle esistono in uno stato di sovrapposizione, ovvero abitano più stati contemporaneamente, finché non vengono misurate. L’atto della misurazione “collassa” questo stato in un risultato unico e definitivo.
- Il “Demone” nella Macchina: Nel 19° secolo, James Clerk Maxwell propose un esperimento mentale che coinvolgeva il “Demone di Maxwell”, un’entità ipotetica in grado di separare molecole veloci e lente per diminuire l’entropia.
- Il controllo hamiltoniano: I ricercatori hanno utilizzato simulazioni al computer per agire come un moderno “demone”. Applicando una sequenza specifica di campi e impulsi, nota come Hamiltoniana, sono stati in grado di riportare un sistema quantistico virtuale al suo stato originale, annullando di fatto gli effetti del tempo e della misurazione.
Perché questo è importante per il futuro della tecnologia
La capacità di invertire i processi quantistici non è semplicemente una curiosità filosofica; affronta uno degli “ostacoli” più significativi della fisica moderna: la decoerenza.
La decoerenza si verifica quando un sistema quantistico interagisce con il suo ambiente, facendogli perdere le sue proprietà quantistiche uniche e stabilizzandosi in uno stato standard, “classico”. Questa perdita di informazioni è la ragione principale per cui la costruzione di computer quantistici stabili e su larga scala è così difficile.
“L’inversione del tempo a livello quantistico potrebbe arginare la perdita di informazioni che ostacola i computer quantistici”, osserva Andrea Rocco, fisico dell’Università del Surrey. “Ciò rappresenterebbe immediatamente un vantaggio incredibile in termini di costruzione di queste tecnologie quantistiche.”
Potenziali applicazioni
Oltre a stabilizzare i computer quantistici, la ricerca suggerisce diversi usi trasformativi per i controlli hamiltoniani:
- Correzione degli errori quantistici: l’inversione della decoerenza potrebbe consentire agli scienziati di “annullare” gli errori causati dalle interferenze ambientali, mantenendo stabili i bit quantistici (qubit) per periodi più lunghi.
- Motori di misurazione continua: l’energia iniettata in un sistema durante una misurazione potrebbe potenzialmente essere “estratta” tramite l’Hamiltoniana e immagazzinata, agendo come una batteria quantistica per alimentare altri processi.
Conclusione
Dimostrando che la direzione del tempo può essere manipolata all’interno di ambienti quantistici controllati, questa ricerca apre una nuova frontiera per l’informatica quantistica. Se questi modelli teorici potessero essere tradotti con successo in esperimenti fisici, potrebbero fornire gli strumenti necessari per superare la fragilità dell’informazione quantistica.
