L’idea di viaggiare nel tempo ha sempre affascinato gli amanti della fantascienza. Secondo la scienza, viaggiare nel futuro è possibile, almeno se ci avviciniamo alla velocità della luce. Tornare indietro nel tempo, invece, sembra impossibile. E se la fisica quantistica potesse aiutarci a scoprire eventi complessi accaduti nel passato?
I sensori quantistici e il potere della “retrospettiva”
Un recente studio suggerisce che questa idea potrebbe non essere così irrealistica. Un articolo pubblicato il 27 giugno 2024 su Physical Review Letters presenta il lavoro di Kater Murch, professore di fisica alla Washington University di St. Louis, insieme a Nicole Yunger Halpern del NIST e David Arvidsson-Shukur dell’Università di Cambridge. Questi scienziati hanno creato un nuovo tipo di sensore quantistico che sfrutta l’entanglement quantistico, un fenomeno che lega particelle a distanza, per creare rilevatori capaci di “viaggiare nel tempo”.
Murch paragona questo concetto a inviare un telescopio indietro nel tempo per catturare una stella cadente vista di sfuggita. Nel mondo reale, questo è impossibile, ma nel misterioso regno della fisica quantistica, potrebbe esserci un modo per aggirare le regole. Questo è possibile grazie a una proprietà dei sensori quantistici intrecciati che Murch chiama “retrospettiva”.
Come funzionano i sensori quantistici che guardano al passato
Il processo inizia con l’entanglement di due particelle quantistiche in uno stato chiamato singoletto quantistico. L’entanglement è una connessione speciale tra particelle che fa sì che il loro stato (come lo spin) sia collegato anche se sono lontane. In parole semplici, si tratta di due qubit (unità di informazione quantistica) con spin opposti, in modo che, qualsiasi direzione si consideri, gli spin puntano in direzioni opposte.
Che cos’è lo spin?
Lo spin è una proprietà fondamentale delle particelle quantistiche, simile al modo in cui una trottola ruota attorno al proprio asse. Possiamo immaginare lo spin come una freccia che punta in una certa direzione. Uno dei qubit, chiamato “sonda”, viene poi sottoposto a un campo magnetico che lo fa ruotare.
Che cos’è l’entanglement?
L’entanglement, o intreccio quantistico, è un fenomeno in cui due particelle diventano strettamente collegate, in modo tale che lo stato di una influisce istantaneamente sullo stato dell’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa. È come se avessero una connessione telepatica.
Quando il qubit ancillare (quello non utilizzato come sonda nell’esperimento) viene misurato, le proprietà dell’entanglement inviano il suo stato quantistico “indietro nel tempo” all’altro qubit della coppia. Questo ci riporta al momento in cui il campo magnetico ha fatto ruotare il “qubit sonda”, ed è qui che entra in gioco il vero vantaggio della retrospettiva.
Normalmente, quando si usa la rotazione di uno spin per misurare l’intensità di un campo magnetico, c’è una probabilità su tre che la misurazione fallisca. Questo accade perché, se il campo magnetico interagisce con il qubit in una direzione parallela o antiparallela allo spin, non ci sarà alcuna rotazione da misurare.
In condizioni normali, quando il campo magnetico è sconosciuto, gli scienziati devono indovinare la direzione in cui preparare lo spin, portando a una possibilità di fallimento di un terzo. La retrospettiva permette invece agli scienziati di scegliere la migliore direzione per lo spin “retrospettivamente”, grazie al viaggio nel tempo.
Le future applicazioni dei sensori quantistici
Einstein una volta definì l’entanglement quantistico come “azione spettrale a distanza”. La parte più affascinante dell’entanglement è che possiamo considerare le coppie di particelle intrecciate come se fossero la stessa particella, andando avanti e indietro nel tempo.
Questo offre agli scienziati nuovi modi per costruire sensori migliori, in particolare quelli che possono essere inviati indietro nel tempo. Le applicazioni di questi sensori potrebbero essere molteplici: dalla rilevazione di fenomeni astronomici allo studio dei campi magnetici, e molto altro ancora che verrà scoperto man mano che la ricerca progredisce.