Sovrapposizioni di stato nel calcolo quantistico: conseguenze

Usando le sovrapposizioni di stato nei calcoli, un sistema di calcolo quantistico potrebbe valutare simultaneamente un processo come causa e come effetto. Insomma, un evento può essere contemporaneamente la causa e l'effetto di un altro evento.

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Chi non ha sentito sentito parlare dell’esperimento del gatto di Schrodinger, elaborato nel contesto della discussione sul paradosso di Einstein-Podolsky-Rosen (EPR)?

Il paradosso del gatto di Schrödinger ideato nel 1935 da Erwin Schrödinger, è un esperimento mentale dove un gatto chiuso in una scatola, in uno stato noto come sovrapposizione quantistica, può essere contemporaneamente sia vivo che morto, come conseguenza dell’essere collegato a un evento subatomico casuale che può verificarsi o meno.

Insomma, una situazione in cui un evento può essere contemporaneamente la causa e l’effetto di un altro evento.

Un tale scenario probabilmente sarà inevitabile in qualsiasi teoria della gravità quantistica, un’area della fisica ancora oscura che cerca di combinare la teoria della relatività di Einstein con la meccanica quantistica.

Ora, gli scienziati hanno provato a mischiare le due teorie immaginando un’astronave accanto a un pianeta gigante che con la sua massa distorce lo spazio-tempo rallentandolo. La conclusione alla quale arrivano è sorprendente, l’astronave potrebbe trovarsi in uno stato dove la casualità è invertita, cioè, un evento potrebbe finire per causare un altro evento accaduto prima di esso.

Secondo il coautore dello studio, Igor Pikovski, fisico presso il Center for Quantum Science and Engineering presso lo Stevens Institute of Technology in New Jersey, è possibile pensare a questo tipo di scenario dove l’ordine temporale causa-effetto sono sovrapposti e possono “essere invertiti” o “non essere invertiti”.
Questo è qualcosa che ci aspettiamo dovrebbe aver luogo una volta che avremo una teoria completa della gravità quantistica“, ha aggiunto.

Il famoso esperimento mentale del gatto di Schrödinger chiede di immaginare una scatola con all’interno un gatto e una particella radioattiva che, una volta decaduta, romperà una fiala di veleno che ucciderà lo sfortunato felino.

Secondo il principio della sovrapposizione quantistica, la sopravvivenza o la morte del gatto è ugualmente probabile fino a quando non viene misurata. In pratica, fino a quando la scatola non viene aperta, il gatto è contemporaneamente vivo e morto.

Nella meccanica quantistica, la sovrapposizione significa che una particella può esistere in più stati contemporaneamente, proprio come il gatto di Schrödinger.

L’esperimento mentale, pubblicato il 21 agosto 2019 su Nature Communications, combina il principio della sovrapposizione quantistica con la teoria della relatività generale di Einstein.

La relatività generale afferma che un oggetto dotato di grande massa può rallentare il tempo. Un astronauta in orbita attorno alla Terra sperimenterà il tempo solo un po’ più velocemente del suo gemello sulla Terra.

Quindi, se potessimo, in futuro, inviare un veicolo spaziale vicino a un pianeta enorme, il suo equipaggio vivrebbe il tempo un po’ più lentamente di quanto lo viva l’equipaggio in un veicolo spaziale più lontano dal pianeta.

Ora, applicando la meccanica quantistica si può immaginare una situazione in cui quel pianeta è in sovrapposizione simultanea vicino e lontano dai due veicoli spaziali.

In questo scenario sovrapposto di due navi che sperimentano due diverse linee temporali, la causa e l’effetto potrebbero invertirsi.

Ad esempio, supponiamo che alle navi venga chiesto di condurre una missione di addestramento in cui si sparano e schivano il fuoco a vicenda, conoscendo perfettamente il tempo in cui i missili verranno lanciati entrambe potranno intercettarli.

Senza un pianeta enorme nelle vicinanze che distorce il flusso del tempo, questo sarebbe un lavoro molto semplice. D’altra parte, se fosse presente un enorme pianeta e il capitano della nave non tenesse conto del rallentamento del tempo, l’equipaggio potrebbe schivare troppo tardi il missile in arrivo ed essere distrutto.

Con il pianeta in sovrapposizione, contemporaneamente vicino e lontano, sarebbe impossibile sapere se le navi riuscirebbero a schivare troppo tardi i missili in arrivo finendo distrutte o invece si salverebbero evitando gli impatti. Inoltre, causa ed effetto potrebbero essere invertiti, spiega Pikovski.

Immaginiamo due eventi, A e B, che sono causalmente correlati. “A e B possono influenzarsi a vicenda, ma, in uno stato di sovrapposizione, in un caso A viene prima di B, mentre nell’altro caso B viene prima di A“. Ciò significa che sia A che B sono contemporaneamente causa ed effetto reciproco. Fortunatamente per gli equipaggi, probabilmente confusi, di questi veicoli spaziali immaginari, Pikovski assicura che avrebbero un modo matematico di analizzare le reciproche trasmissioni per confermare di essere in uno stato sovrapposto.

Secondo Pikovski, l’esperimento mentale potrebbe avere implicazioni pratiche per l’informatica quantistica, anche senza elaborare un’intera teoria della gravità quantistica.

Usando le sovrapposizioni di stato nei calcoli, un sistema di calcolo quantistico potrebbe valutare simultaneamente un processo come causa e come effetto. “I computer quantistici potrebbero essere in grado di utilizzarlo per un calcolo più efficiente“, ha concluso.

Fonte: Nature