Le simulazioni di “viaggi nel tempo” possono migliorare gli esperimenti scientifici

Roma – Un gruppo di fisici dell’Università di Cambridge ha dimostrato che la simulazione di modelli di ipotetici viaggi nel tempo può risolvere problemi sperimentali che sembrano impossibili da risolvere utilizzando la fisica standard. Nello studio, pubblicato su Physical Review Letters, i ricercatori hanno mostrato che manipolando l’entanglement, una caratteristica della teoria quantistica che fa sì che le particelle siano intrinsecamente legate, hanno creato una simulazione di ciò che potrebbe accadere se si potesse viaggiare nel tempo. In questo modo i giocatori d’azzardo, gli investitori e gli sperimentatori quantistici potrebbero, in alcuni casi, modificare retroattivamente le loro azioni passate e migliorare i loro risultati nel presente. La possibilità che le particelle possano viaggiare all’indietro nel tempo è un argomento controverso tra i fisici, anche se in passato gli scienziati hanno simulato alcuni modelli di come potrebbero comportarsi tali loop spaziali se esistessero. Collegando la loro nuova teoria alla metrologia quantistica, che utilizza la teoria quantistica per effettuare misure altamente sensibili, la squadra 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”, ha detto David Arvidsson-Shukur, del Cambridge Hitachi Laboratory e autore principale. “Tuttavia, si riceve 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”, ha proseguito Arvidsson-Shukur. “Ora immaginate di poter cambiare ciò che inviate il primo giorno con le informazioni della lista dei desideri ricevuta il secondo giorno; la nostra simulazione utilizza la manipolazione dell’entanglement quantistico per mostrare come si possano modificare retroattivamente le azioni precedenti per garantire che il risultato finale sia quello desiderato”, ha aggiunto Arvidsson-Shukur. La simulazione si basa sull’entanglement quantistico, che consiste in forti correlazioni che le particelle quantistiche possono condividere a differenza delle particelle classiche, ovvero quelle governate dalla fisica quotidiana. La particolarità della fisica quantistica è che, se due particelle sono abbastanza vicine da interagire, possono rimanere collegate anche quando sono separate. Questa è la base dell’informatica quantistica: lo sfruttamento delle particelle connesse per eseguire calcoli troppo complessi per i computer classici. “Nella nostra proposta, uno sperimentatore aggancia due particelle”, ha dichiarato Nicole Yunger Halpern, ricercatrice presso il National Institute of Standards and Technology e l’Università del Maryland e coautrice dello studio. “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”, ha continuato Nicole Yunger Halpern. “L’effetto è notevole, ma si verifica solo una volta su quattro!”, ha dichiarato Arvidsson-Shukur. “In altre parole, la simulazione ha il 75% di possibilità di fallire, ma la buona notizia è che si sa se si è fallito: se rimaniamo all’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”, ha precisato Arvidsson-Shukur. Per dare al loro modello una rilevanza tecnologica, 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 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, gli scienziati propongono di inviare un numero enorme di fotoni entangled, sapendo che alla fine alcuni porteranno le informazioni corrette e aggiornate. In seguito, si utilizzerebbe un filtro per garantire che i fotoni giusti arrivino alla fotocamera, mentre il filtro respinge il resto dei fotoni errati. “Consideriamo la nostra precedente analogia sui regali; supponiamo che l’invio dei doni sia poco costoso e che possiamo spedire numerosi pacchi il primo giorno; il secondo giorno sappiamo quale regalo avremmo dovuto inviare; quando i pacchi arrivano il terzo giorno, un regalo su quattro sarà corretto, e lo selezioniamo dicendo al destinatario quali consegne buttare via”, “, ha detto Aidan McConnell, che ha svolto questa ricerca durante il suo master al Cavendish Laboratory di Cambridge, ora è dottorando all’ETH di Zurigo e coautore della ricerca. “Il fatto che sia necessario utilizzare un filtro per far funzionare il nostro esperimento è in realtà piuttosto rassicurante”, ha affermato Arvidsson-Shukur. “Il mondo sarebbe molto strano se la nostra simulazione di viaggio temporale funzionasse sempre: la relatività e tutte le teorie su cui stiamo costruendo la nostra comprensione dell’universo sarebbero fuori dalla finestra”, ha sottolineato Arvidsson-Shukur. “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”, ha concluso Arvidsson-Shukur. (30Science.com)