Sappiamo tutti che “le cose vanno in pezzi” nell’universo a causa dell’entropia, ma la meccanica quantistica ha ribaltato gran parte di ciò in cui credevamo negli ultimi 100 o addirittura 10 anni. Allo stesso tempo, non ha senso intuitivo che l’entanglement quantistico possa durare per sempre, perché nulla sembra farlo nel nostro universo. In una nuova ricerca, gli scienziati suggeriscono che l’entanglement quantistico è, almeno in qualche modo, reversibile, identificando e definendo una versione di entropia che si applica all’entanglement quantistico. E lo hanno raggiunto utilizzando le probabilità.
Bartosz Regula, del RIKEN Center for Quantum Computing, e Ludovico Lami, dell’Università di Amsterdam, hanno collaborato a una nuova ricerca, sottoposta a peer review e pubblicata sulla rivista Comunicazioni sulla natura. Nel loro articolo riassumono una delle domande più spinose della meccanica quantistica: è possibile invertire significativamente tutto nell’entanglement quantistico, puntando la “freccia del tempo” nella direzione opposta? Ciò significherebbe un concetto o un sistema privo di entropia o tendenza al disordine. Invece di un bicchiere d’acqua rovesciato o un tubetto di dentifricio spremuto, un sistema quantistico sarebbe più simile a un’altalena ordinata che può essere riportata alla sua posizione iniziale.
Se si hanno due sistemi classici (non quantistici) con uguale entropia, spiegano gli scienziati, possono essere confrontati direttamente con determinati tipi di calcoli. Questo perché l’entropia stessa è “una misura unica delle risorse”. Molte persone possono pensare all’entropia puramente come a un concetto, ma per i fisici è anche una variabile chiave e un descrittore che appiana le equazioni di lavoro che descrivono il nostro universo. In questo caso, “due stati comparabili di uguale entropia possono sempre essere collegati da una trasformazione adiabatica reversibile”, spiegano, cioè uno scambio di energia che può essere invertito.
Quando i fisici iniziarono a vedere segni di reversibilità nei sistemi quantistici, iniziarono a discutere se esistesse o meno l’entropia quantistica. Una versione pulita e calcolabile dell’entropia quantistica diventerebbe una variabile chiave nello stesso modo in cui lo è stata per i sistemi classici, offrendo agli scienziati un punto d’appoggio per confrontare stati diversi e trarre conclusioni. Attualmente, il campo in crescita dell’informatica quantistica è in qualche modo ostacolato dalla difficoltà di confrontare i sistemi ed effettuare misurazioni semplici e generalizzate per parlare di tali sistemi.
Regula e Lami hanno costruito un modello matematico che utilizza le probabilità piuttosto che le pure certezze matematiche sotto forma di equazioni per rispondere a queste domande. E non si tratta semplicemente di una versione più diffusa di un’equazione già esistente, ma di una vera alternativa che persegue gli stessi obiettivi. Stabilire un concetto di entropia e un suggerimento su come misurarla è un buon inizio per altri per ricrearlo ed espanderlo nella propria ricerca.
Le probabilità sono intorno a noi e nella cultura popolare sono spesso ridotte al 100% o allo 0%. In realtà, poche cose sono così chiare. Negli spettacoli televisivi, gli esperti mescolano 10 possibili luoghi in cui commettere un crimine, mescolano alcune probabilità e poi inviano tutte le loro risorse al luogo che risulta essere quello giusto. Ciò potrebbe far sembrare meno impressionante il fatto che i ricercatori della vita reale possano utilizzare l’osservazione ravvicinata e la probabilità per ridurre il numero da 10 a 6 o 7. In effetti, è su questo che si concentrano i ricercatori.
In effetti, è lì che i ricercatori concludono il loro articolo. “Ciò potrebbe non essere sufficiente a garantire l’esistenza di un ciclo di trasformazione ripetibile e reversibile nella pratica. Tuttavia, riteniamo che i nostri risultati dimostrino che la reversibilità potrebbe essere recuperata anche in un ambiente deterministico”, spiegano. “Speriamo che i nostri risultati stimoleranno ulteriori ricerche in questa direzione, portando ad un’eventuale risoluzione delle questioni aperte.”
Nel lungo perseguimento degli obiettivi della ricerca scientifica, le probabilità hanno molto valore. Anche gli articoli che descrivono un nuovo modello provato e fallito possono essere davvero utili, o addirittura essenziali per sbloccare il passo successivo verso la comprensione. Ma le probabilità, in particolare, prosperano oggi, perché la potenza di calcolo consente agli scienziati di descrivere e rappresentare graficamente sempre più possibilità.
Caroline Delbert è una scrittrice, avida lettrice e collaboratrice editoriale di Pop Mech. È anche un’appassionata di quasi tutto. I suoi argomenti preferiti includono l’energia nucleare, la cosmologia, la matematica delle cose quotidiane e la filosofia di tutto questo.
