AvanTISimulato un tunnel spazio-temporale con un computer quantistico

Un team di scienziati del California Institute of Technology (Caltech) di Pasadena e del programma di ricerca Quantum Communication Channels for Fundamental Physics (QCCFP) del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha sviluppato un esperimento quantistico che ha permesso di studiare la dinamica di un tunnel spazio-temporale, o wormhole. Non è stato creato fisicamente, ma ne è stato studiato il comportamento grazie a un computer quantistico che ha simulato due buchi neri per poi inviare un messaggio tra loro attraverso una scorciatoia nello spazio-tempo.
Il tunnel ha permesso di eseguire quindi un teletrasporto quantistico, offrendo un potente banco di prova per esaminare la possibilità della gravità quantistica, cioè di una teoria che fornisca un quadro unitario sia della gravità, che modella la struttura dell’universo su scala macroscopica, sia della meccanica quantistica, che descrive i fenomeni tipici della scala atomica e subatomica. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature e ha visto come primi autori gli scienziati Daniel Jafferis e Alexander Zlokapa.
Il lavoro si è basato sull’utilizzo di un computer quantistico Sycamore di Google per simulare due buchi neri nel sistema, uno su ciascun lato di un tunnel spazio-temporale, che è stato testato per il teletrasporto di un messaggio in qubit (bit quantistico). Questo significa che le informazioni che viaggiano da un punto all’altro possono essere descritte nel linguaggio della gravità (i tunnel spazio-temporali) e nel linguaggio della fisica quantistica (entanglement quantistico), due descrizioni fondamentali che finora sembravano intrinsecamente incompatibili tra loro.
L’idea che i wormhole e la fisica quantistica, in particolare il fenomeno dell’entanglement (per cui due particelle possono rimanere collegate a grandi distanze), possano avere una connessione è stata proposta per la prima volta nel 2013 da Juan Maldacena e Leonard Susskind. Nel 2017 Jafferis, insieme ai suoi colleghi Ping Gao e Aron Wall, ha esteso il concetto ai wormhole attraversabili da un’estremità all’altra. I ricercatori hanno dimostrato che questa descrizione gravitazionale di un wormhole attraversabile è equivalente al teletrasporto quantistico, un fenomeno già dimostrato sperimentalmente con il trasporto di informazioni su lunghe distanze tramite fibra ottica e via etere.
Il nuovo esperimento non ha fatto altro che esplorare l’equivalenza dei wormhole con il teletrasporto quantistico, inserendo un qubit nel sistema e osservando che le informazioni emergevano dall’altro lato. «L’informazione viaggiava tramite il teletrasporto quantistico o, parlando nel linguaggio complementare della gravità, l’informazione quantistica passava attraverso il wormhole attraversabile», hanno spiegato i ricercatori. «La relazione tra entanglement quantistico, spazio-tempo e gravità quantistica è una delle questioni più importanti nella fisica fondamentale e un’area attiva della ricerca teorica. Siamo entusiasti di aver fatto questo piccolo passo verso la sperimentazione di queste idee su hardware quantistico e continueremo così», ha dichiarato Maria Spiropulu, ricercatrice del QCCFP.