Il wormhole simulato ha unito gravità e teoria quantistica

Lo scorso novembre, i fisici che hanno utilizzato il computer quantistico Sycamore di Google negli Stati Uniti, hanno effettuato un calcolo che equivale a inviare materia attraverso un "wormhole", una scorciatoia attraverso il tessuto dello spazio-tempo

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Il wormhole simulato ha unito gravità e teoria quantistica
Il wormhole simulato ha unito gravità e teoria quantistica

Lo scorso novembre, i fisici che hanno utilizzato il computer quantistico Sycamore di Google, hanno effettuato un calcolo che equivale a inviare materia attraverso un “wormhole”, una scorciatoia attraverso il tessuto dello spazio-tempo. Ciò che questo significa per la fisica è oggetto di controversia. Ma gli stessi fisici credono di aver dimostrato un modo per rivelare connessioni profonde tra due teorie apparentemente incompatibili: la teoria quantistica e la teoria della gravità di Einstein.

Le due teorie regnano sovrane nei propri domini: la teoria quantistica nel regno ultra-piccolo degli atomi e dei loro costituenti, e la teoria della relatività generale di Einstein nel mondo ultra-grande delle stelle e dell’Universo. Tuttavia, durante il Big Bang, l’universo ultra-grande era ultra-piccolo. Quindi, se vogliamo capire l’origine di ogni cosa, dobbiamo unire la teoria quantistica e la teoria della gravità di Einstein.

Il problema è che appaiono fondamentalmente incompatibili: considerando che la teoria di Einstein si basa sulla certezza – descrivendo, per esempio, l’esatta traiettoria di un pianeta attraverso lo spazio; la teoria quantistica si basa sull’incertezza e descrive solo la possibilità, o “probabilità”, che un atomo segua uno qualsiasi dei numerosi possibili percorsi attraverso lo spazio.

Sorprendentemente, tuttavia, i fisici hanno trovato un’allettante connessione tra le due teorie che suggerisce che, nonostante la loro incompatibilità, sono semplicemente facce diverse della stessa medaglia.

Nel 1997, il Prof Juan Maldacena dell’Institute for Advanced Study di Princeton, ha scoperto che la teoria di Einstein nell’universo 3D è una sorta di proiezione olografica della teoria quantistica che vive sul confine 2D dell’Universo. L’unico neo è che questa dualità funziona solo in un Universo con un confine mentre noi viviamo in un Universo che è in continua espansione.

Fondamentalmente, per il lavoro attuale, i fisici hanno scoperto che esiste anche una dualità tra un wormhole e un particolare calcolo su un computer quantistico. Questo è un dispositivo che può superare le prestazioni di un normale computer poichè, invece di manipolare i bit, che possono rappresentare uno 0 o un 1, manipola i bit quantistici, o qubit, che possono essere uno 0 e un 1 allo stesso tempo. Nel 2016, il professor Daniel Jafferis, il dottor Ping Gao e il dottor Aron Wall dell’Università di Harvard hanno scoperto un wormhole teorico che è il duale di un particolare calcolo su un computer quantistico.



Ciò che rende tutto questo straordinario è che nel 1935 Einstein pubblicò due articoli, non considerati i suoi più grandi e che sembravano estranei persino a Einstein. Il primo, con Nathan Rosen, noto come ER, ha dimostrato che la sua teoria della gravità consente l’esistenza di wormhole.

Il secondo articolo, con Rosen e Boris Podolsky, e noto come EPR, ha mostrato che le particelle subatomiche nate insieme sono poi per sempre collegate da una “azione spettrale a distanza“, o ‘entanglement’: quando una è disturbata, l’altra reagisce istantaneamente, persino se dall’altra parte dell’Universo. Nel 2013, Maldacena e il professor Leonard Susskind della Stanford University hanno ipotizzato che ER = EPR. In altre parole, le particelle subatomiche possono influenzarsi a vicenda istantaneamente perché sono collegate da un wormhole.

Ora, Jafferis e i suoi colleghi hanno implementato un calcolo quantistico che equivale a inviare materia attraverso un wormhole. Raggiungere questo obiettivo è stato una sorta di tour de force poiché il computer Sycamore, ospitato presso Google Quantum AI a Santa Barbara, in California, ha una capacità terribilmente limitata (può manipolare solo 54 qubit) e ha un elevato tasso di errore. Tuttavia, i ricercatori hanno addestrato una rete neurale a ridurre drasticamente il numero di passaggi necessari nel loro calcolo pur preservando il suo carattere essenziale.

Il calcolo ha prodotto esattamente il segnale che si aspettavano se imitava perfettamente il passaggio della materia attraverso un wormhole. Il Prof. Maria Spiropulu, membro del team che ha lavorato al Large Hadron Collider al CERN, vicino a Ginevra, ha dichiarato che è stato un momento emozionante come vedere il segnale per il bosone di Higgs nel 2012.

“È importante capire che esperimenti di questo tipo non sono simulazioni, ma in realtà coinvolgono fenomeni reali. Il wormhole nell’esperimento di laboratorio è reale come lo sarebbe se collegasse due buchi neri astronomici “, ha affermato Susskind.

“L’attenzione che l’esperimento ha focalizzato sul nuovo paradigma secondo cui la teoria quantistica e la teoria della gravità di Einstein, se interpretate attraverso il principio olografico, sono quasi la stessa cosa, accelererà il cambiamento di paradigma”.

Ciò che tutto questo significa per la fisica è controverso. Alcuni dicono che ci dice poco poiché l’esperimento si riferisce a un Universo che non è il nostro ed è comunque solo un “modello giocattolo” 1D. Altri dicono che dimostra che esperimenti come questo possono rivelare le connessioni tra la teoria quantistica e la teoria della gravità di Einstein e aiutarci a trovare l’inafferrabile teoria della gravità quantistica che ci dirà come è iniziato l’Universo.

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