Sappiamo tutti che “le cose vanno in pezzi” nell’universo a causa dell’entropia, ma la meccanica quantistica ha ribaltato gran parte di ciò che abbiamo creduto nell’ultimo secolo. Allo stesso tempo, non ha senso intuitivo che un 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 fatto funzionare usando 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 revisione paritaria pubblicata sulla rivista Nature Communications. Nel loro articolo , riassumono una delle domande più spinose della meccanica quantistica: è possibile invertire significativamente tutto in un entanglement quantistico, puntando la “freccia del tempo” nella direzione opposta?
Ciò implicherebbe 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 ritornare alla posizione iniziale.
Se si hanno due sistemi classici (non quantistici) con uguale entropia, spiegano gli scienziati, è possibile confrontarli direttamente con tipi specifici 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 e un descrittore chiave che attenua le equazioni di funzionamento che descrivono il nostro universo. In questo caso, “due stati comparabili di uguale entropia possono sempre essere collegati da una trasformazione adiabatica reversibile”, spiegano.
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 proprio come lo è stata per i sistemi classici, offrendo agli scienziati un punto d’appoggio per confrontare stati diversi e trarre conclusioni. Oggi, 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.
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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 solo di una versione più confusa di un’equazione esistente, ma piuttosto di una vera alternativa che persegue gli stessi obiettivi. Stabilire un concetto di entropia e un suggerimento su come misurarla è un ottimo inizio per altri da ricreare e approfondire nella propria ricerca.
Le probabilità sono intorno a noi e nella cultura pop sono spesso appiattite verso l’alto o verso il basso al 100% o allo 0%. In realtà, pochissime cose sono così nette. Nei programmi televisivi, gli esperti considerano 10 possibili siti per un crimine, calcolano alcune probabilità, quindi concentrano tutte le loro risorse su un posto che risulta essere giusto. Ciò può far sembrare meno impressionante il fatto che gli investigatori della vita reale possano utilizzare un’attenta osservazione e probabilità per ridurre il numero da 10 a 6 o 7.
In effetti, è qui che i ricercatori concludono il loro articolo. “Ciò potrebbe non essere sufficiente a garantire nella pratica l’esistenza di un ciclo di trasformazione ripetibile e reversibile. Tuttavia, consideriamo i nostri risultati come una prova che la reversibilità potrebbe effettivamente essere recuperata anche in un contesto deterministico”, spiegano. “Ci auguriamo che i nostri risultati stimolino 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 collaudato 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.
