Stiamo vivendo in una simulazione al computer? intrigante, il punto cruciale di questa domanda potrebbe nascondersi in un fenomeno quantistico esotico che si manifesta nei metalli come risposta alle torsioni della geometria dello spazio-tempo.

Un tema ricorrente nella fantascienza, reso famoso dalla trilogia di film "Matrix", è se la nostra realtà fisica è una simulazione al computer. Anche se questa sembra essere un'idea piuttosto filosofica, in fisica teorica ha una svolta interessante quando applicato a simulazioni al computer di sistemi quantistici complessi.

Come si può anche solo tentare di dare una risposta a questa domanda? In una nuova ricerca pubblicata in Progressi scientifici rivista, un team di fisici teorici dell'Università di Oxford e dell'Università Ebraica, potrebbe aver trovato un modo per avvicinarsi a questa risposta.

Durante il tentativo di affrontare una simulazione al computer di un fenomeno quantistico che si verifica nei metalli, i ricercatori, Zohar Ringel e Dmitry Kovrizhin, ha trovato la prova che una tale simulazione è impossibile in linea di principio. Più precisamente, hanno mostrato come la complessità di questa simulazione, - che può essere misurato in un numero di ore di elaborazione, Dimensione della memoria, e bollette elettriche, - aumenti in linea con il numero di particelle che si dovrebbero simulare.

Se la quantità di risorse computazionali richieste per una simulazione quantistica aumenta lentamente (ad esempio linearmente) con il numero di particelle nel sistema, poi bisogna raddoppiare un numero di processori, memoria, ecc. per poter simulare un sistema due volte più grande nello stesso lasso di tempo. Ma se la crescita è esponenziale, o in altre parole se per ogni particella in più bisogna raddoppiare il numero di processori, memoria, eccetera., allora questo compito diventa intrattabile. Nota, che anche solo per immagazzinare le informazioni su poche centinaia di elettroni su un computer sarebbe necessaria una memoria costituita da più atomi di quanti ce ne siano nell'Universo.

I ricercatori hanno identificato un particolare fenomeno fisico che non può essere catturato da nessun quanto locale:la simulazione Monte-Carlo. È un effetto curioso, che è noto da decenni, ma è stato sempre misurato solo indirettamente. Nel campo della fisica della materia condensata, si chiama "conduttanza di Hall termica" e nella fisica delle alte energie è conosciuta come "anomalia gravitazionale".

In parole semplici, la conduttanza termica di Hall implica una generazione di correnti energetiche nella direzione trasversale a entrambi i gradienti di temperatura, o una svolta nella geometria sottostante dello spazio-tempo. Si ritiene che molti sistemi fisici in campi magnetici elevati e a temperature molto basse mostrino questo effetto. È interessante notare che tali sistemi quantistici eludono da decenni algoritmi di simulazione numerica efficienti.

Nel loro lavoro, i teorici hanno mostrato che per i sistemi che esibiscono anomalie gravitazionali le quantità coinvolte nelle simulazioni quantistiche Monte-Carlo acquisiranno segno negativo o diventeranno complesse. Ciò rovina l'efficacia dell'approccio di Monte-Carlo attraverso quello che è noto come "il problema del segno". Trovare una soluzione al "problema dei segni" renderebbe possibili simulazioni quantistiche su larga scala, in modo che la prova che questo problema non può essere risolto per alcuni sistemi, è importante.

"Il nostro lavoro fornisce un collegamento intrigante tra due argomenti apparentemente non correlati:anomalie gravitazionali e complessità computazionale. Mostra anche che la conduttanza termica di Hall è un vero effetto quantistico:uno per il quale non esiste un analogo classico locale', dice Zohar Ringel, professore all'Università Ebraica, e coautore del documento.

Questo lavoro porta anche un messaggio rassicurante ai fisici teorici. Nella società si dice spesso che le macchine stanno prendendo il posto delle persone, e alla fine rileverà i posti di lavoro umani. Per esempio, nel caso qualcuno, ad esempio, crea un computer abbastanza potente da simulare tutte le proprietà di grandi sistemi quantistici, in un batter d'occhio. Chiaramente l'attrattiva di assumere un fisico teorico per fare esattamente lo stesso lavoro (con le considerazioni generali dello spazio ufficio, soldi di viaggio, pensione ecc.) sarebbe notevolmente diminuito.

Ma, i fisici teorici dovrebbero allarmarsi di questa possibilità? Il lato positivo, ci sono molti sistemi quantistici importanti e interessanti, alcuni relativi alla superconduttività ad alta temperatura, e altri relativi al calcolo quantistico topologico, per i quali non sono noti algoritmi di simulazione efficienti. D'altra parte, forse tali algoritmi aspettano solo di essere scoperti? Il professor Ringel e Kovrizhin sostengono che, quando si tratta di un sottoinsieme fisicamente importante di dati quantistici complessi, una classe di algoritmi ampia quanto quella di Monte-Carlo, non può superarci in astuzia e non è probabile che lo facciano nel prossimo futuro.

Nel contesto della domanda originale se la nostra realtà percepita sia davvero solo una parte di un esperimento alieno avanzato, questo lavoro può fornire ulteriore rassicurazione ad alcuni di noi.