Simulazioni di “viaggi nel tempo” per migliorare esperimenti scientifici

 

 

I fisici hanno dimostrato che simulare modelli di ipotetici viaggi nel tempo può risolvere problemi sperimentali che sembrano impossibili da risolvere utilizzando la fisica standard.

 

 

I ricercatori dell’Università di Cambridge hanno dimostrato che manipolando l’entanglement, una caratteristica della teoria quantistica che fa sì che le particelle siano intrinsecamente collegate, possono simulare ciò che potrebbe accadere se si potesse viaggiare indietro nel tempo.

Il fatto che le particelle possano viaggiare indietro nel tempo è un argomento controverso tra i fisici, anche se gli scienziati hanno precedentemente simulato modelli di come tali cicli spazio-temporali potrebbero comportarsi se esistessero.

Collegando la loro nuova teoria alla metrologia quantistica, che utilizza la teoria quantistica per effettuare misurazioni altamente sensibili, il team di Cambridge ha dimostrato che l’entanglement può risolvere problemi che altrimenti sembrerebbero impossibili. Lo studio è stato pubblicato su Physical Review Letters.

“Immaginate di voler inviare un regalo a qualcuno: devi inviarlo il primo giorno per assicurarti che arrivi il terzo giorno”, ha detto l’autore principale David Arvidsson-Shukur, del Cambridge Hitachi Laboratory.

“Tuttavia, ricevi la lista dei desideri di quella persona solo il secondo giorno. Quindi, in questo scenario che rispetta la cronologia, è impossibile sapere in anticipo cosa vorranno come regalo e assicurarti di inviare quello giusto”.

“Ora immaginate di poter cambiare ciò che invii il primo giorno con le informazioni della lista dei desideri ricevute il secondo giorno. La nostra simulazione utilizza la manipolazione dell’entanglement quantistico per mostrare come è possibile modificare retroattivamente le azioni precedenti per garantire che il risultato finale sia quello desiderato”.

La simulazione si basa sull’entanglement quantistico, che consiste in forti correlazioni che le particelle possono condividere, mentre gli oggetti classici, quelli governati dalla fisica di tutti i giorni, non possono.

La particolarità della fisica quantistica è che se due particelle sono abbastanza vicine l’una all’altra da interagire, possono rimanere connesse anche quando sono separate.

Questa è la base dell’informatica quantistica: lo sfruttamento di particelle connesse per eseguire calcoli troppo complessi per i computer classici.

“Nella nostra proposta, uno sperimentatore intrappola due particelle”, ha detto la coautrice Nicole Yunger Halpern, ricercatrice presso il National Institute of Standards and Technology (NIST) e l’Università del Maryland.

“La prima particella viene quindi inviata per essere utilizzata in un esperimento. Dopo aver ottenuto nuove informazioni, lo sperimentatore manipola la seconda particella per alterare efficacemente lo stato passato della prima particella, cambiando il risultato dell’esperimento.

“L’effetto è notevole, ma si verifica solo una volta su quattro”, ha detto Arvidsson-Shukur. “In altre parole, la simulazione ha una probabilità del 75% di fallire. Ma la buona notizia è che sai se hai fallito. Se rimaniamo con la nostra analogia del regalo, una volta su quattro, il regalo sarà quello desiderato (ad esempio un paio di pantaloni), un’altra volta sarà un paio di pantaloni ma della taglia sbagliata, o del colore sbagliato, o sarà una giacca”.

Per dare rilevanza al loro modello per le tecnologie, i teorici lo hanno collegato alla metrologia quantistica. In un comune esperimento di metrologia quantistica, i fotoni, piccole particelle di luce, vengono fatti brillare su un campione di interesse e quindi registrati con un tipo speciale di fotocamera. Per essere efficace, i fotoni dell’esperimento devono essere preparati in un certo modo prima di raggiungere il campione.

I ricercatori hanno dimostrato che anche se imparano come preparare al meglio i fotoni solo dopo che i fotoni hanno raggiunto il campione, possono utilizzare simulazioni di viaggi nel tempo per modificare retroattivamente i fotoni originali.

Per contrastare l’alta probabilità di fallimento, i teorici propongono di inviare un numero enorme di fotoni entangled, sapendo che alcuni alla fine porteranno le informazioni corrette e aggiornate. Quindi userebbero un filtro per garantire che i fotoni giusti passino alla fotocamera, mentre respinge il resto dei fotoni “cattivi”.

“Consideriamo la nostra precedente analogia sui regali”, ha detto il co-autore Aidan McConnell, che ha condotto questa ricerca durante il suo master presso il Cavendish Laboratory di Cambridge, ed è ora uno studente di dottorato presso l’ETH di Zurigo.

“Diciamo che l’invio di regali è poco costoso e possiamo inviare numerosi pacchi il primo giorno. Il secondo giorno sappiamo quale regalo avremmo dovuto inviare. Quando i pacchi arriveranno il terzo giorno, un regalo su quattro sarà corretto, e li selezioniamo dicendo al destinatario quali consegne buttare via”.

“Il fatto che abbiamo bisogno di usare un filtro per far funzionare il nostro esperimento è in realtà piuttosto rassicurante”, ha detto Arvidsson-Shukur.

“Il mondo sarebbe molto strano se la nostra simulazione del viaggio nel tempo funzionasse ogni volta. La relatività e tutte le teorie su cui stiamo costruendo la nostra comprensione del nostro universo sarebbero fuori dalla finestra”.

“Non stiamo proponendo una macchina per viaggiare nel tempo, ma piuttosto un’immersione profonda nei fondamenti della meccanica quantistica. Queste simulazioni non ti permettono di tornare indietro e alterare il tuo passato, ma ti permettono di creare un domani migliore risolvendo oggi i problemi di ieri”.