Una nuova tecnica per l'informatica quantistica potrebbe aprire il nostro intero modello di come il tempo si muove nell'universo.
Ecco cosa sembra essere lungo: il tempo funziona in una direzione. L'altra direzione? Non così tanto.
Questo è vero nella vita. (Martedì arriva fino a mercoledì, 2018 fino al 2019, i giovani alla vecchiaia.) Ed è vero in un computer classico. Cosa significa? È molto più facile per un po 'di software in esecuzione sul tuo laptop prevedere in che modo un sistema complesso si sposterà e si svilupperà in futuro piuttosto che ricreare il suo passato. Una proprietà dell'universo che i teorici chiamano "asimmetria causale" richiede che siano necessarie molte più informazioni - e calcoli molto più complessi - per spostarsi in una direzione nel tempo di quanto non si muova nell'altra. (In pratica, andare avanti nel tempo è più facile.)
Ciò ha conseguenze sulla vita reale. I meteorologi possono fare un buon lavoro nel prevedere se pioverà in cinque giorni sulla base dei dati del radar meteorologico di oggi. Ma chiedere agli stessi meteorologi di capire se ha piovuto cinque giorni fa usando le immagini radar di oggi? Questo è un compito molto più impegnativo, che richiede molti più dati e computer molto più grandi.
I teorici dell'informazione sospettavano da molto tempo che l'asimmetria causale potesse essere una caratteristica fondamentale dell'universo. Già nel 1927, il fisico Arthur Eddington sosteneva che questa asimmetria è la ragione per cui avanziamo solo nel tempo e mai indietro. Se capisci l'universo come un gigantesco computer che calcola costantemente la sua strada nel tempo, è sempre più facile - meno dispendioso in termini di risorse - far fluire le cose in avanti (causa, quindi effetto) piuttosto che indietro (effetto, quindi causa). Questa idea è chiamata la "freccia del tempo".
Ma un nuovo articolo, pubblicato il 18 luglio sulla rivista Physical Review X, apre la porta alla possibilità che quella freccia sia un artefatto del calcolo in stile classico - qualcosa che ci è sembrato essere il caso solo a causa dei nostri strumenti limitati.
Un team di ricercatori ha scoperto che in determinate circostanze l'asimmetria causale scompare all'interno dei computer quantistici, che calcolano in un modo completamente diverso- A differenza dei computer classici in cui le informazioni sono archiviate in uno dei due stati (1 o 0), con i computer quantistici, le informazioni vengono archiviate nelle particelle subatomiche che seguono alcune regole bizzarre e quindi ognuna può trovarsi in più di uno stato contemporaneamente. E, ancora più allettante, il loro documento indica la strada per la ricerca futura che potrebbe mostrare asimmetria causale non esiste davvero nell'universo.
Com'è quello?
I sistemi molto ordinati e molto casuali sono facili da prevedere. (Pensa a un pendolo - ordinato - o a una nuvola di gas che riempie una stanza - disordinato). In questo documento, i ricercatori hanno esaminato i sistemi fisici che avevano un livello di disordine e casualità dei riccioli d'oro - non troppo, e non troppo. (Quindi, qualcosa come un sistema meteorologico in via di sviluppo.) Questi sono molto difficili da capire per i computer, ha detto il co-autore dello studio Jayne Thompson, un teorico della complessità e un fisico che studia informazioni quantistiche presso la National University di Singapore.
Successivamente, hanno cercato di capire il passato e il futuro di quei sistemi usando computer quantistici teorici (nessun computer fisico coinvolto). Questi modelli di computer quantistici non solo utilizzavano meno memoria dei modelli di computer classici, ha affermato, erano in grado di funzionare in entrambe le direzioni nel tempo senza consumare memoria aggiuntiva. In altre parole, i modelli quantistici non avevano asimmetria causale.
"Sebbene classicamente, potrebbe essere impossibile che il processo vada in una delle direzioni", ha detto Thompson a Live Science, "i nostri risultati mostrano che" quantumicamente meccanicamente ", il processo può andare in entrambe le direzioni usando pochissima memoria."
E se questo è vero all'interno di un computer quantistico, è vero nell'universo, ha detto.
La fisica quantistica è lo studio degli strani comportamenti probabilistici di particelle molto piccole - tutte le particelle molto piccole nell'universo. E se la fisica quantistica è vera per tutti i pezzi che compongono l'universo, è vera per l'universo stesso, anche se alcuni dei suoi effetti più strani non sono sempre ovvi per noi. Quindi, se un computer quantistico può operare senza asimmetria causale, allora anche l'universo.
Naturalmente, vedere una serie di prove su come funzioneranno i computer quantistici un giorno non è la stessa cosa che vedere l'effetto nel mondo reale. Ma siamo ancora molto lontani dai computer quantistici abbastanza avanzati per eseguire il tipo di modelli descritti in questo documento, hanno detto.
Inoltre, ha detto Thompson, questa ricerca non dimostra che non vi sia alcuna asimmetria causale in nessun punto dell'universo. Lei e i suoi colleghi hanno dimostrato che non esiste asimmetria in una manciata di sistemi. Ma è possibile, ha detto, che ci sono alcuni modelli quantistici molto spessi in cui emerge un'asimmetria causale.
"Sono agnostico su questo punto", ha detto.
Per adesso.
Il prossimo passo per questa ricerca, ha detto, è quello di rispondere a questa domanda - per capire se esiste un'asimmetria causale in qualsiasi modello quantistico.
Questo documento non dimostra che il tempo non esiste o che un giorno saremo in grado di scivolarci indietro. Ma sembra mostrare che uno dei blocchi chiave della nostra comprensione del tempo, della causa e dell'effetto, non sempre funziona come gli scienziati hanno da tempo ipotizzato - e potrebbe non funzionare affatto in quel modo. Che cosa significhi per la forma del tempo, e per il resto di noi, è ancora una questione aperta.
Il vero vantaggio pratico di questo lavoro, ha detto, è che in questo modo i computer quantistici potrebbero essere in grado di eseguire facilmente simulazioni di cose (come il tempo) in entrambe le direzioni nel tempo, senza serie difficoltà. Sarebbe un cambiamento radicale dall'attuale mondo della modellistica classica.
