Teletrasporto: un processore quantistico ha aperto un "wormhole nello spazio-tempo"

L'equivalente di un wormhole, un ponte nello spazio-tempo che collega due luoghi diversi, è stato creato su un processore quantistico; l'esperimento potrebbe essere ulteriormente sviluppato per esplorare la gravità quantistica o la teoria delle stringhe.

Sebbene i wormhole siano coerenti con la teoria della relatività generale di Albert Einstein, finora non era stato possibile osservarli dal punto di vista della fisica quantistica, lasciando aperte varie ipotesi, fra cui la possibilità, da parte di materia esotica, di aprirne uno e renderlo attraversabile.

A scoprire, catalogare e definire la materia esotica - e a vincere il Nobel per questo - furono, nel 2016, David J. Thouless, F. Duncan M. Haldane e J. Michael Kosterlitz; con materia esotica, per sommi capi, si intende qualsiasi materia non composta dalle stesse particelle della materia ordinaria (barioni e leptoni) e dotata di energia e pressione negative.

Proprio le sue caratteristiche di negatività hanno reso idealmente possibile utilizzarla per aprire un wormhole e poterlo studiare.

Maria Spiropulu al Caltech e Daniel Jafferis all'Università di Harvard, assieme ai rispettivi team, hanno tentato l'esperimento, con lo scopo di creare un sistema che avesse gli ingredienti giusti per il tipo di teletrasporto simile a un wormhole.

Per arrivarci hanno fatto ricorso al teletrasporto quantistico di informazioni tra due particelle entangled, ovvero un processo in grado di avvenire istantaneamente e che quindi emula l'invio di informazioni quantistiche attraverso un wormhole gravitazionale.

L'entanglement quantistico gioca un ruolo importante nel calcolo quantistico, quindi un processore quantistico è il dispositivo sperimentale ideale per esplorare le somiglianze tra teletrasporto quantistico e wormhole.

In questo scenario, i bit quantici - o qubit - sul processore quantistico sono intrecciati tra loro e il teletrasporto è l'equivalente del qubit che viaggia attraverso un wormhole.

Una volta calcolato il corretto numero di qubit gli scienziati hanno creato la dinamica del wormhole su nove qubit con 164 porte a due qubit su un processore quantistico Google Sycamore, a cui abbiamo dedicato questo articolo.

Nel loro esperimento i ricercatori hanno dimostrato di poter mantenere aperto un wormhole per un periodo di tempo sufficiente all'invio di informazioni - tramite un segnale subluminale - applicando onde d'urto di energia negativa, che si presentavano sotto forma di speciali impulsi di campi quantistici.

Hanno quindi studiato la dinamica delle informazioni quantistiche che sono state inviate scoprendo come i segnali viaggianti attraverso un wormhole subiscano una serie di rimescolamenti e decodificazioni, con l'informazione quantistica che esce intatta dal wormhole.

Sul processore Sycamore hanno anche misurato la quantità di informazioni quantistiche passate da una parte all'altra, applicando un'onda d'urto di energia negativa rispetto a una positiva.

Poiché le onde d'urto di energia negativa sono le uniche a poter aprire il wormhole, sono anche le sole a permettere il passaggio dei segnali.

Nel complesso, le informazioni che passavano attraverso il wormhole avevano firme chiave di un wormhole attraversabile.

Ciò costituisce un passo verso l'esplorazione della fisica gravitazionale utilizzando processori quantistici e potrebbe portare allo sviluppo di potenti banchi di prova per studiare le idee della teoria delle stringhe e della gravità quantistica.

Secondo il team guidato da Daniel Jafferis ci sono molti protocolli aggiuntivi e nuove idee da esplorare e si aspetta che in futuro verranno eseguiti più esperimenti sulla gravità dai computer quantistici.

Alcuni di questi richiederanno computer quantistici molto più grandi o circuiti molto più profondi di quelli attualmente a disposizione, che risultano invece adatti per la sperimentazione a breve termine.

"Una delle cose che vorremmo fare dopo è realizzare sistemi un po' più grandi e provare a osservare la struttura più dettagliata dei wormhole emergenti e le loro dinamiche gravitazionali", ha riferito Jafferis a Physics World.

La comunità scientifica ha accolto con grande entusiasmo le conclusioni ricavate da questo esperimento, definendolo un "pietra miliare" nello sviluppo del controllo sui sistemi quantistici microscopici.

Lo studio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature.