Uno studio dimostra che il quantum time flip è possibile. Due studi preliminari nell’ambito della meccanica quantistica hanno dimostrato, in particelle di luce, la possibilità che coesistano processi temporali che viaggiano in entrambe le direzioni.
Particelle di luce che viaggiano sia avanti sia indietro nel tempo, contemporaneamente: è quanto descrivono due studi pubblicati in pre-print sul database Airxiv. In due prove sperimentali differenti, infatti, un gruppo di ricercatori internazionale coordinato dall’Università di Oxford e uno coordinato dall’Università di Vienna hanno dimostrato che il cosiddetto quantum time flip (che potrebbe essere tradotto in italiano come “salto temporale quantistico”), ovvero la coesistenza di due processi temporali, uno avanti e uno indietro nel tempo, è possibile: osservando il percorso di fotoni attraverso un cristallo, infatti, ne hanno rilevato la sovrapposizione temporale. Il bizzarro comportamento, che rientra nel campo della meccanica quantistica, potrebbe avere applicazioni future per i computer quantistici.
Il gatto di Schrödinger per la direzione del tempo
Siamo abituati a dare per scontato il fluire del tempo in maniera unidirezionale, senza poter mai tornare indietro: se questo è vero per i fenomeni fisici macroscopici che possiamo toccare con mano quotidianamente, quando si tratta di atomi e particelle subatomiche le leggi della natura sembrano indifferenti alla distinzione tra passato e futuro, soprattutto per quanto riguarda le leggi della meccanica quantistica. Per esempio, il cosiddetto teorema Cpt, postula che un processo all’indietro nel tempo è indistinguibile da uno in avanti nel tempo (a patto di invertire la carica e la parità di tutte le particelle). Un’altra caratteristica della meccanica quantistica è che uno stato quantistico può assumere più valori contemporaneamente, finché non li si misura. È il concetto reso famoso dal paradosso del gatto di Schrödinger: all’interno di una scatola chiusa, un gatto può essere sia vivo sia morto, finché non la si apre.
Il modo in cui gli scienziati interagiscono con le particelle subatomiche non sempre riflette queste caratteristiche temporali: negli esperimenti ordinari, infatti, si fissa un sistema fisico in un dato momento, si lascia che evolva in avanti nel tempo e si eseguono opportune misurazioni in un momento successivo. Tuttavia, nelle leggi dinamiche che seguono la meccanica quantistica, non vi è una distinzione asimmetrica tra passato e futuro: pertanto dovrebbe essere possibile concepire operazioni non vincolate a una determinata direzione temporale, che permettano di indagare i processi quantistici in avanti, dal passato al futuro, all’indietro, dal futuro al passato, o in una combinazione delle direzioni temporali. Gli esperti chiamano questa sovrapposizione di stati “quantum time flip”: il gruppo di ricerca dell’Università di Oxford di Giulio Chiribella lo ha descritto matematicamente in uno studio pubblicato su Nature nel 2020.
“In un certo senso, si può dire che il quantum time flip è il gatto di Schrödinger per la direzione del tempo“, afferma Chiribella al New Scientist.
“Invece dello stato di vivo o morto, si tratta di un processo in avanti o all’indietro nel tempo: qualche particella quantistica che può trovarsi in uno stato di sovrapposizione potrebbe controllare lo stato temporale di questo processo. Quindi, come il gatto, si tratterebbe di una sovrapposizione di processi avanti e indietro nel tempo: il che significa che non sono né avanti né indietro nel tempo, o che sono sia avanti che indietro contemporaneamente”.
La dimostrazione sperimentale
Una volta descritto dal punto di vista matematico, i ricercatori hanno voluto dimostrare sperimentalmente la possibilità del quantum time flip: in particolare, gli scienziati hanno impostato un set-up sperimentale che, al passaggio di un fotone attraverso un cristallo, lo dividesse in una sovrapposizione di due percorsi separati, uno da destra a sinistra e l’altro da sinistra a destra; in base alla caratteristiche della polarizzazione della luce da parte del cristallo, nel percorso da sinistra a destra il fotone si comporta come se stesse viaggiando indietro nel tempo. Analizzando di volta in volta i percorsi compiuti dalle particelle di luce, i ricercatori hanno provato statisticamente che i fotoni si trovavano in una sovrapposizione dei percorsi, e quindi, dei due processi temporali. Il gruppo dell’Università di Vienna, attraverso un esperimento impostato in maniera simile, è riuscito nello stesso intento.
Adesso, gli esperti di questo campo si auspicano che la scoperta possa avere molto presto applicazioni pratiche, per esempio nell’ambito del supercalcolo quantistico. “Ora abbiamo un nuovo strumento, qualcosa che è stato sepolto lì fin dall’inizio della meccanica quantistica“, afferma Eric Lutz, professore di fisica teorica all’Università di Stuggartt, al New Scientist. “La prospettiva di fare qualcosa di simile, con una sovrapposizione di direzioni temporali avanti e indietro, nei computer quantistici, è eccitante“.
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