Il gruppo, guidato dal professore assistente di fisica del Caltech Yu-xi Liu e dal professor Alexej Jerschow del MIT, descrive il nuovo concetto in un articolo apparso nel numero di agosto 2019 di Nature Physics.
"Con la tecnologia dimostrata nel nostro articolo, possiamo misurare direttamente le prime dinamiche quantistiche di un'ampia classe di sistemi quantistici", afferma Liu, aggiungendo:"Questo è simile nello spirito all'idea della fotografia time-lapse; tranne che nel nostro caso , l'effetto del viaggio nel tempo non si applica a persone o oggetti ma all'informazione quantistica."
Gli scienziati hanno realizzato i loro sensori quantistici in grado di viaggiare nel tempo basandosi su un fenomeno chiamato entanglement quantistico. L'entanglement quantistico si verifica quando due o più particelle sono collegate insieme in modo tale che lo stato di una particella non può essere descritto indipendentemente dallo stato dell'altra. Questo concetto è controintuitivo rispetto alla nostra esperienza quotidiana della fisica classica, ma è stato più volte confermato da esperimenti.
Nella nuova ricerca, Liu e colleghi hanno sfruttato l’entanglement quantistico per creare una sorta di gomma quantistica che ha permesso loro di recuperare informazioni sulle dinamiche iniziali di un particolare sistema quantistico.
Per illustrare il concetto, gli scienziati hanno utilizzato un sistema quantistico composto da due particelle (atomi) intrappolate e rotanti, chiamate in breve bit quantistici o qubit. Gli spin di questi due qubit erano intrecciati e l’evoluzione temporale dei loro spin era influenzata dalla presenza di un campo magnetico.
In un momento controllato con precisione, i ricercatori hanno acceso il campo magnetico e gli hanno permesso di influenzare gli spin dei due qubit. Ciò ha avuto l'effetto di confondere le informazioni quantistiche memorizzate negli spin. Successivamente, i ricercatori hanno implementato la gomma quantistica, che ha ripristinato le informazioni quantistiche risalenti al periodo precedente all’applicazione del campo magnetico.
La capacità di viaggiare indietro nel tempo, anche se solo rispetto alle informazioni quantistiche, apre nuove entusiasmanti possibilità per comprendere una varietà di processi fisici. Ad esempio, la tecnica potrebbe essere utilizzata per sondare il comportamento nelle fasi iniziali delle reazioni chimiche, studiare complessi meccanismi di dissipazione dell’energia e persino scoprire proprietà fondamentali dei buchi neri.
Liu è particolarmente entusiasta delle applicazioni dei nuovi sensori quantistici che viaggiano nel tempo nella fisica della materia condensata. "È piuttosto sorprendente pensare di applicare la potenza del viaggio quantistico nel tempo a un solido con trilioni di atomi, dove si verificano costantemente molti fenomeni quantistici diversi", afferma. "Un nuovo modo di rivisitare l'evoluzione di questi fenomeni potrebbe rivelare la fisica nascosta che normalmente non vediamo."
