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15.09.2021 - 08:000

Il cristallo temporale è realtà

Secondo una recente ricerca il computer quantistico di Google avrebbe creato un “cristallo temporale”

In un articolo pubblicato online, i ricercatori di Google in collaborazione con i fisici di Stanford, Princeton e altre università hanno affermato di aver realizzato un vero e proprio cristallo temporale grazie al computer quantistico di Google. La scoperta potrebbe rivelarsi un risultato epocale per la fisica quantistica.

I cristalli temporali sono stati proposti per la prima volta nel 2012 dal fisico premio Nobel Frank Wilczek e sono definiti come sistemi che lavorano fuori equilibrio. Ciò significa che sfruttano una particolarità della fisica per cui sono dinamicamente stabili ma gli atomi che li compongono risultano essere in continua evoluzione. Un cristallo temporale, in sostanza, è una struttura che si ripete periodicamente nel tempo, o meglio, si tratta di un sistema che si modifica costantemente nel tempo ma torna sempre nella configurazione iniziale alla fine di un periodo.

I cristalli temporali rappresentano quindi una nuova fase della materia che capovolge le leggi della termodinamica. In effetti, non sprigionano energia quando cambiano conformazione, violando apparentemente la legge naturale in cui tutte le cose virano gradualmente verso l’entropia e il disordine. «La conseguenza è sorprendente: si elude la seconda legge della termodinamica, la legge che dice che il disordine aumenta sempre», ha dichiarato Roderich Moessner, coautore dello studio e direttore del Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems.

Attraverso la loro ricerca, gli autori ritengono di aver capito come portare i cristalli temporali dall’astrazione teorica alla realtà tangibile e sono convinti di aver dimostrato sperimentalmente un cristallo temporale per la prima volta, acquisendo un importante vantaggio sui numerosi tentativi fatti in passato in questo campo. In particolare, per la realizzazione del cristallo temporale sono stati seguiti tre step principali.

Innanzitutto, è stata creata una fila di particelle, ciascuna con il proprio orientamento magnetico, che viene bloccata in una miscela di configurazioni a bassa e alta energia. Questo è ciò che viene definito «localizzazione a molti corpi». Capovolgendo tutti gli orientamenti delle particelle si crea di fatto una versione speculare, ma ancora stabile, e ciò è noto come «ordine degli autostati». Infine, viene applicata una luce laser in grado di spostare continuamente gli stati da normale a specchiato, in un moto periodico, ma senza utilizzare effettivamente l’energia del laser.

Questo è stato possibile grazie al computer quantistico di Google noto come Sycamore, utilizzando un chip con 20 dei suoi Qubit, o particelle quantistiche controllabili, ognuna delle quali può mantenere due stati contemporaneamente. Regolando la forza dell’interazione tra i singoli Qubit, i ricercatori hanno potuto randomizzare le interazioni. Le microonde hanno quindi capovolto le particelle nel loro orientamento speculare, ma senza che il cambiamento di spin prendesse energia netta dal laser stesso.

In futuro, i cristalli temporali potrebbero essere sfruttati per diverse applicazioni. Ad esempio, potrebbero essere adoperati sui sensori ad alta precisione, che attualmente si basano sulle impurità nei diamanti per la misura di minuscole variazioni di temperatura e di campo magnetico.

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