Immaginate un mondo dove i computer superano di gran lunga la potenza di quelli attuali, dove le comunicazioni sono istantanee e ultra-protette e le nuove tecnologie trasformano radicalmente il modo in cui viviamo, lavoriamo e interagiamo. Al centro di questa rivoluzione tecnologica vi è un fenomeno tanto misterioso quanto fondamentale: l’intreccio quantistico. Recentemente, due scienziati, Bartosz Regula del RIKEN Center for Quantum Computing e Ludovico Lami dell’Università di Amsterdam, hanno fatto una scoperta rivoluzionaria che potrebbe essere la chiave per sbloccare tutto il potenziale di questa straordinaria risorsa.
Attraverso calcoli innovativi, hanno dimostrato che esiste una regola di entropia per l’intreccio quantistico, aprendo nuove frontiere per la scienza e la tecnologia del futuro. Gli scienziati hanno recentemente confermato, attraverso calcoli probabilistici, l’esistenza di una regola entropica per il fenomeno dell’intreccio quantistico, come ipotizzato in precedenza. Questa scoperta potrebbe migliorare significativamente la comprensione dell’intreccio quantistico, elemento fondamentale per la potenza dei futuri computer quantistici.
Il secondo principio della termodinamica afferma che un sistema non può mai evolvere verso uno stato di entropia minore, ovvero maggiore ordine. Questo principio è uno dei pilastri della fisica, essenziale per definire la “freccia del tempo” e dimostra che la dinamica di sistemi fisici complessi, come i gas o i buchi neri, è governata da una singola funzione: l’entropia.
Tuttavia, applicare il principio di entropia ai sistemi quantistici presenta notevoli sfide, dato che l’intreccio quantistico, nonostante le sue potenziali applicazioni in comunicazione, calcolo e crittografia, risulta estremamente complesso da manipolare ed esplorare. In termini più semplici possiamo dire che l’entropia, nel contesto della fisica, è una misura di disordine. Il secondo principio della termodinamica ci dice che in un sistema isolato (come l’universo), l’entropia tende sempre ad aumentare. Questo principio aiuta a spiegare perché il tempo sembra muoversi in una sola direzione. Ad esempio, perché il gelato si scioglie e non si ricompone mai spontaneamente.
Attualmente viviamo una rivoluzione quantistica, che rende cruciale capire come sfruttare e trasformare le risorse quantistiche, costose e fragili. In particolare, la gestione dell’intreccio quantistico, data la sua struttura complessa, si rivela molto più ardua rispetto alla gestione delle trasformazioni termodinamiche. Fino ad ora, tutti i tentativi di formulare una teoria reversibile dell’intreccio quantistico hanno fallito, e si sospettava che l’intreccio potesse essere in effetti irreversibile. Il nuovo lavoro di Regula e Lami, pubblicato su Nature Communications, affronta questa lunga congettura utilizzando trasformazioni di intreccio probabilistiche, che pur non garantendo sempre il successo, permettono una maggiore efficacia nella conversione dei sistemi quantistici.
Verso una teoria reversibile dell’intreccio quantistico
L’intreccio quantistico è un fenomeno strano dove particelle separate possono influenzarsi istantaneamente a grandi distanze, come se fossero magicamente collegate. Questo fenomeno è fondamentale per lo sviluppo dei computer quantistici, che promettono di superare i computer tradizionali in velocità e capacità di calcolo, rivoluzionando settori come la criptografia e il calcolo complesso.
I risultati dimostrano che è possibile stabilire un quadro reversibile per la manipolazione dell’intreccio, identificando un contesto in cui emerge un’unica entropia di intreccio e tutte le trasformazioni di intreccio sono regolate da questa singola quantità. Questi metodi potrebbero estendersi, mostrando proprietà di reversibilità anche per altre risorse quantistiche generali. Regula afferma:
I nostri risultati rappresentano un progresso significativo nella comprensione delle proprietà fondamentali dell’intreccio, rivelando connessioni fondamentali tra intreccio e termodinamica e semplificando notevolmente i processi di conversione dell’intreccio. Il nostro lavoro costituisce la prima prova concreta che la reversibilità è un fenomeno ottenibile nella teoria dell’intreccio. Tuttavia, forme di reversibilità ancora più forti sono state congetture, e ci si augura che l’intreccio possa essere reso reversibile anche sotto ipotesi meno restrittive.
La ricerca sulla reversibilità dell’intreccio rimane un affascinante problema aperto. Ad ogni modo, queste scoperte non solo approfondiscono la nostra comprensione dell’universo a livello microscopico, ma potrebbero anche avere applicazioni pratiche molto significative nel campo della tecnologia avanzata. Potrebbe suonare come qualcosa di uscito da un romanzo di fantascienza, ma è la realtà del progresso scientifico oggi.