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1 Dicembre 2022
15:48

Il primo tunnel spazio-temporale è stato creato all’interno di un computer quantistico

Si tratta di uno speciale tipo di tunnel che, pur non attraversando lo spazio reale, ha permesso a un team di ricerca americano di eseguire un teletrasporto quantistico.
A cura di Valeria Aiello
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Illustrazione di un esperimento quantistico che studia i tunnel spazio–temporali / Credit: Caltech
Illustrazione di un esperimento quantistico che studia i tunnel spazio–temporali / Credit: Caltech

Gli scienziati hanno, per la prima volta, sviluppato un esperimento quantistico, che ha permesso di studiare la dinamica di uno speciale tipo di tunnel spazio-temporale. Pur non attraversando lo spazio reale, il tunnel ha consentito di eseguire un teletrasporto quantistico, offrendo un potente banco di prova per esaminare la possibilità della gravità quantistica, cioè di una teoria fornisca un quadro unitario della gravità, che modella la struttura dell’universo su scala macroscopica, e della meccanica quantistica, che descrive i fenomeni tipici della scala atomica e subatomica. “Abbiamo trovato un sistema quantistico che mostri le proprietà chiave di un tunnel spazio-temporale gravitazionale ma che sia sufficientemente piccolo da essere implementato sull’hardware quantistico di oggi – hanno spiegato Maria Spiropulu, ricercatrice principale del programma di ricerca Quantum Communication Channels for Fundamental Physics del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (QCCFP), e Shang-Yi Ch’en, professore di Fisica del California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena – . Questo lavoro costituisce un passo in avanti verso un programma più ampio di test della fisica della gravità quantistica utilizzando un computer quantistico”.
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Il tunnel spazio-temporale per il "teletrasporto" quantistico

Il lavoro, descritto nel dettaglio in uno studio pubblicato oggi su Nature, si è basato sull’utilizzo di un computer quantistico Sycamore di Google per simulare due buchi neri nel sistema, uno su ciascun lato di un tunnel spazio-temporale (wormhole), che è stato testato per il teletrasporto di un messaggio (in qubit, l’equivalente quantistico di un bit nei computer convenzionali basati su silicio). Ciò significa che le informazioni che viaggiano da un punto all’altro possono essere descritte nel linguaggio della gravità (i tunnel spazio-temporali) e nel linguaggio della fisica quantistica (entanglement quantistico), due descrizioni fondamentali e ben studiate che, tuttavia, sembrano intrinsecamente incompatibili tra loro.

L’idea che i tunnel spazio-temporali e la fisica quantistica, in particolare l’entanglement quantistico (un fenomeno in cui due particelle possono rimanere collegate a grandi distanze), possano avere una connessione è stata proposta per la prima volta nella ricerca teorica di Juan Maldacena e Leonard Susskind nel 2013. Nel 2017, Jafferis e i suoi colleghi, Ping Gao e Aron Wall, hanno esteso il concetto ai wormhole attraversabili da un’estremità all’altra. I ricercatori hanno dimostrato che questa descrizione gravitazionale di un wormhole attraversabile è equivalente al teletrasporto quantistico, un fenomeno già dimostrato sperimentalmente con il trasporto di informazioni su lunghe distanze tramite fibra ottica e via etere.

Il nuovo esperimento non ha fatto altro che esplorare l’equivalenza dei wormhole con il teletrasporto quantistico, inserendo un qubit nel loro sistema e osservando che le informazioni emergevano dall’altro lato. “L’informazione – hanno precisato gli studiosi – viaggiava tramite il teletrasporto quantistico o, parlando nel linguaggio complementare della gravità, l’informazione quantistica passava attraverso il wormhole attraversabile”.

“La relazione tra entanglement quantistico, spazio-tempo e gravità quantistica è una delle questioni più importanti nella fisica fondamentale e un’area attiva della ricerca teorica – ha aggiunto Spiropulu – . Siamo entusiasti di aver fatto questo piccolo passo verso la sperimentazione di queste idee su hardware quantistico e continueremo così”.

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