Tutti noi segniamo i giorni con orologi e calendari, ma forse nessun orologio è più immediato di uno specchio. I cambiamenti che notiamo nel corso degli anni illustrano vividamente la "freccia del tempo" della scienza:la probabile progressione dall'ordine al disordine. Non possiamo invertire questa freccia più di quanto non possiamo cancellare tutte le nostre rughe o riportare una tazza da tè in frantumi alla sua forma originale.

O possiamo?

Un team internazionale di scienziati guidati dall'Argonne National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DOE) ha esplorato questa domanda in un esperimento unico nel suo genere, riuscendo a riportare brevemente un computer al passato. I risultati, pubblicato il 13 marzo sulla rivista Rapporti scientifici , suggerire nuovi percorsi per esplorare il flusso a ritroso del tempo nei sistemi quantistici. Inoltre aprono nuove possibilità per il test di programmi per computer quantistici e la correzione degli errori.

Un computer quantistico in grado di tornare indietro e ripulire efficacemente gli errori mentre funziona potrebbe funzionare in modo molto più efficiente.

Per ottenere l'inversione temporale, il team di ricerca ha sviluppato un algoritmo per il computer quantistico pubblico di IBM che simula la dispersione di una particella. Nella fisica classica, questo potrebbe apparire come una palla da biliardo colpita da una stecca, viaggiando in fila. Ma nel mondo quantistico, una particella sparsa assume una qualità fratturata, diffondendosi in più direzioni. Invertire la sua evoluzione quantistica è come invertire gli anelli creati quando un sasso viene lanciato in uno stagno.

In natura, ripristinare questa particella al suo stato originale, in sostanza, rimettere insieme la tazza rotta è impossibile.

Il problema principale è che avresti bisogno di un "supersistema, "o forza esterna, manipolare le onde quantistiche della particella in ogni punto. Ma, notano i ricercatori, la linea temporale necessaria affinché questo supersistema appaia spontaneamente e manipoli adeguatamente le onde quantistiche si estenderebbe più a lungo di quella dell'universo stesso.

imperterrito, il team ha deciso di determinare come superare questa complessità, almeno in linea di principio. Il loro algoritmo ha simulato una diffusione di elettroni da parte di un sistema quantistico a due livelli, "impersonato" da un qubit di computer quantistico - l'unità di base dell'informazione quantistica - e la sua relativa evoluzione nel tempo. L'elettrone va da un localizzato, o "visto, " stato, a uno disperso. Quindi l'algoritmo lancia il processo al contrario, e la particella ritorna al suo stato iniziale, in altre parole, si torna indietro nel tempo, se solo per una piccola frazione di secondo.

Dato che la meccanica quantistica è governata dalla probabilità piuttosto che dalla certezza, le probabilità di realizzare questa impresa di viaggio nel tempo erano piuttosto buone:l'algoritmo ha fornito lo stesso risultato l'85 percento delle volte in un computer quantistico a due qubit.

"Abbiamo fatto ciò che prima era considerato impossibile, " ha detto lo scienziato senior di Argonne Valerii Vinokur, che ha condotto la ricerca.

Il risultato approfondisce la nostra comprensione di come la seconda legge della termodinamica - che un sistema si sposterà sempre dall'ordine all'entropia e non viceversa - agisce nel mondo quantistico. I ricercatori hanno dimostrato in lavori precedenti che, teletrasportando informazioni, una violazione locale della seconda legge era possibile in un sistema quantistico separato in parti remote che potevano bilanciarsi a vicenda.

"I risultati accennano anche all'idea che l'irreversibilità derivi dalla misurazione, mettendo in evidenza il ruolo che il concetto di "misura" svolge nella fondazione stessa della fisica quantistica, ", ha affermato il coautore dell'articolo Gordey Lesovik dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca.

Questa è la stessa nozione che il fisico austriaco Erwin Schrödinger catturò con il suo famoso esperimento mentale, in cui un gatto sigillato in una scatola potrebbe rimanere sia vivo che morto finché il suo stato non viene monitorato in qualche modo. I ricercatori hanno sospeso la loro particella in questa sovrapposizione, o forma di limbo quantistico, limitandone le misure.

"Questa era la parte essenziale del nostro algoritmo, " Ha detto Vinokur. "Abbiamo misurato lo stato del sistema all'inizio e alla fine, ma non ha interferito nel mezzo."

La scoperta potrebbe eventualmente consentire metodi migliori di correzione degli errori sui computer quantistici, dove i difetti accumulati generano calore e ne generano di nuovi. Un computer quantistico in grado di tornare indietro e ripulire efficacemente gli errori mentre funziona potrebbe funzionare in modo molto più efficiente.

"In questo momento, è molto difficile immaginare tutte le implicazioni che questo può avere, " Disse Vinokur. "Sono ottimista, e credo che saranno molti".

Lo studio pone anche la domanda, i ricercatori possono ora trovare un modo per rendere di nuovo giovani le persone anziane? "Forse, "Vinokur scherza, "con i fondi adeguati".