Un team di ricerca composto da dozzine di scienziati che lavorano in collaborazione con i laboratori di calcolo quantistico di Google potrebbe aver creato il primo cristallo al mondo all’interno di un computer quantistico.
Questi scienziati potrebbero aver prodotto una fase completamente nuova della materia. Farò del mio meglio per spiegare cosa significa e perché personalmente credo che questa sia la scoperta scientifica più importante della nostra epoca.
- I cristalli temporali sono un concetto terribilmente difficile da capire e ancora più difficile da spiegare.
- Il team di Google potrebbe aver creato dei cristalli temporali. Questa è una ricerca pubblicata in pre-stampa e non ha ancora ricevuto una revisione paritaria. Fino a quando il resto della comunità scientifica non avrà il tempo di rivedere e replicare il lavoro, non possiamo dire con certezza che sia legittimo.
Cos’è un cristallo del tempo?
In termini colloquiali, è una grossa fregatura per Sir Isaac Newton.
I cristalli temporali sono una nuova fase della materia. Per semplicità, immaginiamo un cubetto di ghiaccio.
Quando metti un cubetto di ghiaccio in un bicchiere d’acqua, stai introducendo due entità separate (il cubetto di ghiaccio e l’acqua liquida) l’una con l’altra a due diverse temperature.
Tutti sanno che l’acqua si raffredderà (è per questo che ci mettiamo il ghiaccio) e, con il tempo, il ghiaccio si scalderà e si trasformerà in acqua. Alla fine avrai solo un bicchiere di acqua a temperatura ambiente.
Chiamiamo questo processo “equilibrio termico“.
La maggior parte delle persone ha familiarità con la prima legge del moto di Newton, è quella che dice “un oggetto fermo tende a rimanere fermo e un oggetto in movimento tende a rimanere in movimento“.
Un importante effetto collaterale di questa legge della fisica è che significa che una macchina a moto perpetuo è classicamente impossibile.
Secondo la fisica classica, l’universo è sempre in movimento verso l’entropia. In altre parole: se isoliamo un cubetto di ghiaccio e un bicchiere d’acqua a temperatura ambiente da tutte le altre forze esterne, l’acqua scioglierà sempre il cubetto di ghiaccio.
L’entropia (il movimento verso il cambiamento) di qualsiasi sistema rimarrà sempre la stessa se non ci sono processi e aumenterà sempre se ci sono processi.
Dal momento che il nostro universo ha stelle che esplodono, buchi neri che risucchiano e persone che accendono le cose – processi chimici – l’entropia è sempre in aumento.
Tranne quando si tratta di cristalli temporali.
Ai cristalli temporali non frega niente di quello che pensano Newton o chiunque altro. Sono dei delinquenti e dei rapitori di cuore. Possono, in teoria, mantenere l’entropia anche quando vengono utilizzati in un processo.
Cosa significa
Pensa a un cristallo che conosci, come un fiocco di neve. I fiocchi di neve non sono solo belli perché ognuno è unico, sono anche formazioni affascinanti che quasi infrangono le stesse leggi della fisica.
Le strutture cristalline si formano nel mondo fisico perché, per qualsiasi ragione scientifica fondamentale, gli atomi al loro interno “vogliono” esistere in determinati punti esatti.
“Voglio” è una parola davvero strana da usare quando parliamo di atomi – non sto certo insinuando che siano senzienti – ma è difficile descrivere la tendenza verso strutture cristalline in astratti come “perché“.
Un cristallo temporale è una nuova fase della materia che, semplificata, sarebbe come avere un fiocco di neve che oscilla costantemente avanti e indietro tra due diverse configurazioni. È un reticolo a sette punte un momento e un reticolo a dieci punte il prossimo, o qualsiasi altra cosa.
La cosa sorprendente dei cristalli temporali è che quando si muovono avanti e indietro tra due diverse configurazioni, non perdono né usano energia.
I cristalli temporali possono sopravvivere ai processi energetici senza cadere vittime dell’entropia. Il motivo per cui sono chiamati cristalli temporali è perché possono avere la loro torta e mangiarla anche loro.
Possono essere in uno stato di aver mangiato l’intera torta, e poi tornare in uno stato di avere ancora la torta intera – e possono, in teoria, farlo per sempre.
Ancora più importante, possono farlo all’interno di un sistema isolato. Ciò significa che possono consumare la torta e poi farla riapparire magicamente più e più volte per sempre, senza utilizzare alcun carburante o energia.
Che importa? Cosa significheranno i cristalli temporali questo per me?
Letteralmente a tutti dovrebbe interessare. I cristalli temporali potrebbero essere il miracolo di cui ha bisogno il calcolo quantistico.
Quasi tutte le tecnologie del lontano futuro che gli umani possono immaginare, dal teletrasporto ai motori a curvatura e dai sintetizzatori alimentari artificiali ai reattori a moto perpetuo in grado di alimentare il mondo senza bruciare combustibili o sfruttare l’energia, richiederanno sistemi di calcolo quantistico.
I computer quantistici possono risolvere problemi davvero difficili. Purtroppo sono fragili. È difficile costruirli, difficile mantenerli, difficile convincerli a fare qualsiasi cosa e ancora più difficile interpretare i risultati che danno. Ciò è dovuto a qualcosa chiamato “decoerenza“, che funziona in modo molto simile all’entropia.
I bit di computer nel mondo quantistico, i qubit, condividono una caratteristica stravagante della meccanica quantistica che li fa agire in modo diverso quando osservati rispetto a quando vengono lasciati soli. Questo rende difficile qualsiasi misurazione diretta degli stati dei qubit (leggendo l’output del computer).
Ma i cristalli temporali vogliono essere coerenti. Quindi inserirli in un computer quantistico e utilizzarli per condurre processi informatici potrebbe potenzialmente svolgere una funzione incredibilmente importante: garantire la coerenza quantistica.
Quindi Google ha risolto il calcolo quantistico?
No. No, no, no, no no. Non fraintendermi. Questi sono piccoli passi. Questa è la ricerca sull’infanzia. Questo è Antony van Leeuwenhoek che diventa la prima persona ad usare un microscopio per guardare una goccia d’acqua sotto ingrandimento.
Ciò che Google ha fatto, potenzialmente, è dimostrare che gli esseri umani possono fabbricare cristalli temporali. Nelle parole degli stessi ricercatori:
“Questi risultati stabiliscono un approccio scalabile per studiare le fasi di non equilibrio della materia sugli attuali processori quantistici“.
Fondamentalmente credono di aver dimostrato il concetto, quindi ora è il momento di vedere cosa si può fare con esso.
Allora perché è così eccitante?
I cristalli temporali sono sempre stati teorici. E per “sempre” intendo: dal 2012 quando sono stati ipotizzati per la prima volta.
Se Google creasse effettivamente i cristalli temporali, potrebbe accelerare la linea temporale per le scoperte dell’informatica quantistica da “forse mai” a “forse entro pochi decenni“.
Alla fine inverosimile e super ottimistica delle cose, potremmo vedere la creazione di un motore a curvatura funzionante nelle nostre vite. Immagina di fare un viaggio su Marte o ai confini del nostro sistema solare e di tornare a casa sulla Terra in tempo per ricevere le notizie della sera.
E, anche dal punto di vista conservativo con aspettative più realistiche, non è difficile immaginare la scoperta di farmaci e sostanze chimiche basata sull’informatica quantistica che porti a trattamenti contro il cancro universalmente efficaci.
Questa potrebbe essere la grande scoperta che tutti stavamo aspettando. E non vediamo l’ora di vedere cosa succederà nella peer-review.
Se vuoi saperne di più, puoi leggere il documento di Google qui. E se stai cercando un approfondimento tecnico nelle specifiche scientifiche di ciò che i ricercatori hanno realizzato in laboratorio, questo pezzo su Quanta Magazine di Natalie Wolchover potrebbe diventare la tua Bibbia.