Cosa hanno a che fare i computer quantistici con le strade londinesi piene di smog, i sottomarini volanti, i gilet, le sottogonne, i misteri di Sherlock Holmes e gli occhiali di ottone?

Un bel po', secondo Nicole Yunger Halpern. La scorsa settimana, il fisico teorico si è unito a Jacob Barandes, co-direttore degli studi universitari in fisica, per discutere il suo nuovo libro, "Quantum Steampunk:The Physics of Yesterday's Tomorrow". In esso, Yunger Halpern analizza una nuova branca della scienza - termodinamica quantistica, o steampunk quantistico come la chiama lei - fondendo la narrativa steampunk con la saggistica e la termodinamica dell'era vittoriana (il calore e l'energia che fa pompare i motori a vapore) con la fisica quantistica. Yunger Halpern presenta una lente stravagante attraverso la quale i lettori possono guardare una "rivoluzione scientifica che sta avvenendo in tempo reale", ha detto Barandes, esplorando misteri che nemmeno Holmes potrebbe sperare di risolvere, come il motivo per cui il tempo scorre in una sola direzione.

"Questa fusione di vecchio e nuovo crea un meraviglioso senso di nostalgia e avventura, romanticismo ed esplorazione", ha detto Yunger Halpern durante un Harvard Science Book Talk virtuale presentato dalla Divisione di Scienze dell'Università, dalla Cabot Science Library e dall'Harvard Book Store. In steampunk, ha continuato, "i fan si vestono con costumi pieni di cappelli a cilindro, occhiali e attrezzi e si radunano alle convention. Quello che sognano, ho l'immenso privilegio di avere l'opportunità di vivere".

Yunger Halpern, membro del Joint Center for Quantum Information and Computer Science e assistente professore aggiunto presso l'Università del Maryland, usa lo steampunk, che unisce lo stile vittoriano e la tecnologia futuristica, per introdurre i lettori al mondo complesso e fantastico della termodinamica quantistica. Il nuovo campo unisce fisica quantistica, scienza dell'informazione e scienza dell'energia per studiare nuovi modi per alimentare auto, caricare batterie, crittografare informazioni e raffreddare computer quantistici.

"Come possiamo estendere la teoria vittoriana della termodinamica dai grandi sistemi di tipo quotidiano, come i motori a vapore, ai piccoli sistemi quantistici e di elaborazione delle informazioni?" Yunger Halpern ha chiesto e poi ha risposto:"Torniamo al passato e ci dirigiamo verso il futuro".

Per guidare la loro conversazione, Barandes si è concentrato sulla capacità di Yunger Halpern di spiegare concetti quantistici densi con fantasia. Mentre "Quantum Steampunk" è principalmente saggistica, Yunger Halpern introduce ogni capitolo con un racconto di fantasia in stile steampunk, con personaggi con nomi come Audrey e Baxter. Questi non sono solo rinnegati scientifici dell'era vittoriana che volano in giro su dirigibili e armeggiano con macchine del tempo; sono le versioni steampunk di Alice e Bob, alias che gli scienziati danno comunemente alle particelle quantistiche per rendere i loro comportamenti più facili da descrivere.

Per introdurre le molte definizioni astratte del suo campo, Yunger Halpern ha creato un serraglio di metafore. Ad esempio, confronta le misurazioni quantistiche deboli, utilizzate per esaminare un sistema quantistico senza disturbarlo, con un colibrì "che si posa molto dolcemente sulla tua spalla", ha detto Yunger Halpern.

Per il concetto integrale di entropia, Yunger Halpern ha fatto affidamento su un altro uccello:il corvo di Edgar Allan Poe, per l'esattezza. L'entropia è, molto semplicemente, una misura di incertezza. Nel piccolissimo regno della fisica quantistica, gli scienziati devono districare più entropie, o incertezze, per esercitare il controllo sulle particelle quantistiche. Nei sistemi più grandi con più particelle, come i motori a vapore, contano sempre meno entropie.

"Mi ha ricordato una parte de "Il corvo", ha detto Yunger Halpern, prima di lanciarsi nella recitazione di diverse strofe della famosa poesia di Poe. "Tutti i suoi sogni, incubi, paure e orrori sono crollati su questo corvo", lei disse. "Questo è forse un modo per dire che tutte queste entropie quantistiche collassano su una sola nella termodinamica convenzionale".

Prima di porre la sua domanda successiva, Barandes è intervenuto per riprendere da dove si era interrotto Yunger Halpern, recitando un'altra strofa di "The Raven" con velocità quasi quantistica. ("Mia moglie sta alzando gli occhi al cielo", ha detto quando, alla conclusione della discussione, Yunger Halpern ha proposto di collaborare per una recitazione più lunga per il mese della poesia.)

Barandes ha anche chiesto a Yunger Halpern di speculare sul futuro dei computer quantistici e su quando potrebbero diventare globali. Tali macchine possono fare di più con meno, ha affermato Yunger Halpern, il che significa che possono calcolare problemi molto più complessi, più velocemente e con meno risorse rispetto ai computer classici.

In precedenza, nel suo intervento, Yunger Halpern ha mostrato la foto di un computer quantistico moderno che, come una buona macchina steampunk, sembrava una meticolosa rete di metalli delicati. Ma quell'aggeggio, spiegò, era solo il frigorifero del computer; il computer quantistico era un minuscolo chip vulnerabile posizionato al centro, come i gioielli della corona nella Torre di Londra.

Mentre mancano ancora pochi decenni, Yunger Halpern ha affermato che i computer quantistici potrebbero decodificare i flussi di traffico o una crittografia quasi impenetrabile. Ma, ha detto, "non tutti i problemi sono adatti per i computer quantistici. Ad esempio, non consiglio di pagare le tasse su uno". E sebbene non preveda uno di questi colossi analitici in ogni ufficio a casa, ha riconosciuto che i fisici di oggi hanno fatto scoperte che i fondatori della teoria quantistica ritenevano impossibili.

"Spero davvero", ha detto Yunger Halpern, "che i computer quantistici migliorino le nostre vite in modi che non possiamo immaginare oggi". O, per prendere in prestito dai versi vittoriani di Poe che aveva recitato pochi minuti prima:"Sono rimasta lì... a sognare sogni che nessun mortale aveva mai osato sognare prima". + Esplora ulteriormente

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Questa storia è stata pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie sull'università, visita Harvard.edu.