Crediti: Andrey Grushnikov/Pixabay
Gli appassionati di Ritorno al futuro non potranno non cogliere la somiglianza di ciò che andiamo a descrivere con quanto accade nel secondo film. Mentre Doc e Marty stanno cercando di recuperare Jennifer nella sua futura casa, l’anziano Biff riesce a impossessarsi di una copia del grande almanacco sportivo contenente tutti i risultati tra il 1950 e il 2000. Poi consegna l’almanacco al sé stesso più giovane, modificando così il passato e creando un “1985 alternativo”, in cui diventa ricchissimo perché, scommettendo sul futuro già scritto, riesce ovviamente a vincere tutto.
Ecco, 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 legate – sono in grado di simulare ciò che potrebbe accadere se si potesse viaggiare indietro nel tempo. In questo modo sarebbe possibile, in alcuni casi, modificare retroattivamente le azioni passate e migliorare i loro risultati nel presente. In altre parole, sarebbe possibile creare un “presente alternativo” migliore.
La possibilità che le particelle possano viaggiare all’indietro nel tempo è un argomento controverso tra i fisici, anche se gli scienziati hanno già simulato modelli di come potrebbero comportarsi tali loop se esistessero. Collegando la loro nuova teoria alla metrologia quantistica, che utilizza la teoria quantistica per effettuare misure altamente sensibili, il team di Cambridge ha dimostrato che l’entanglement può risolvere problemi che altrimenti sembrano impossibili.
«Immaginate di voler inviare un regalo a qualcuno: dovete spedirlo il primo giorno per essere sicuri che arrivi il terzo», dice l’autore principale David Arvidsson-Shukur, del Hitachi Cambridge Laboratory. «Tuttavia, ricevete 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 vorrà come regalo e assicurarsi di inviare quello giusto. Ora immaginate di poter cambiare ciò che avete inviato il primo giorno, avendo le informazioni della lista dei desideri ricevuta il secondo giorno. La nostra simulazione utilizza la manipolazione dell’entanglement quantistico per mostrare come sia 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 quantistiche possono condividere, a differenza delle particelle classiche – quelle governate dalla fisica quotidiana – che non possono farlo. 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. Questo è alla base dell’informatica quantistica: lo sfruttamento delle particelle connesse per eseguire calcoli troppo complessi per i computer classici.
«Nella nostra proposta, un fisico sperimentale connette intrinsecamente due particelle», spiega la coautrice Nicole Yunger Halpern, ricercatrice presso il National Institute of Standards and Technology e l’Università del Maryland. «La prima particella viene poi inviata per essere utilizzata in un esperimento. Una volta ottenute nuove informazioni, lo sperimentatore manipola la seconda particella per alterare effettivamente lo stato passato della prima particella, cambiando l’esito dell’esperimento».
«L’effetto è notevole, ma si verifica solo una volta su quattro», riferisce Arvidsson-Shukur. «In altre parole, la simulazione ha il 75 per cento di possibilità di fallire. Ma la buona notizia è che si sa quando fallisce. Se rimaniamo nell’analogia del regalo, una volta su quattro il regalo sarà quello desiderato (per esempio un paio di pantaloni), un’altra volta sarà un paio di pantaloni ma della taglia sbagliata, o del colore sbagliato, oppure sarà una giacca».
Per dare al loro modello una rilevanza tecnologica, i teorici lo hanno collegato alla metrologia quantistica, ossia alla metrologia che tiene conto delle correlazioni quantistiche. In un comune esperimento di metrologia quantistica, i fotoni – piccole particelle di luce – vengono fatti brillare su un campione di interesse e poi registrati con uno speciale tipo di telecamera. Affinché l’esperimento sia efficiente, i fotoni devono essere preparati in un certo modo prima di raggiungere il campione. I ricercatori hanno dimostrato che, anche se imparano a preparare al meglio i fotoni solo dopo che questi hanno raggiunto il campione, possono usare 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 alla fine alcuni porteranno le informazioni corrette e aggiornate. Poi userebbero un filtro per garantire che i fotoni “giusti” passino alla fotocamera, mentre il filtro respinge il resto dei fotoni “cattivi”.
«Torniamo alla nostra precedente analogia sui regali», spiega Aidan McConnell, che ha svolto questa ricerca durante il suo master al Cavendish Laboratory di Cambridge e ora è dottorando all’Eth di Zurigo. «Supponiamo che l’invio di regali sia poco costoso e che possiamo spedire numerosi pacchi il primo giorno. Il secondo giorno sappiamo quale regalo avremmo dovuto inviare. Quando il terzo giorno i pacchi arrivano, un regalo su quattro sarà corretto e lo selezioniamo dicendo al destinatario quali consegne buttare via».
«Il fatto che dobbiamo usare un filtro per far funzionare il nostro esperimento è piuttosto rassicurante», conclude Arvidsson-Shukur. «Il mondo sarebbe molto strano se la nostra simulazione di viaggio nel tempo funzionasse sempre. La relatività e tutte le teorie su cui stiamo costruendo la nostra comprensione dell’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 consentono di tornare indietro e modificare il proprio passato, ma permettono di creare un domani migliore risolvendo oggi i problemi di ieri».
Insomma, non è esattamente come salire su una DeLorean… ma anche così non sembra essere male.
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “Nonclassical Advantage in Metrology Established via Quantum Simulations of Hypothetical Closed Timelike Curves” di David R. M. Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell e Nicole Yunger Halpern