Dagotraduzione dal Washington Post

 

Informatica quantistica

I cristalli temporali sembrano oggetti maestosi nei film di fantascienza dove sbloccano passaggi verso universi alternativi. Nell'universo Marvel, le "pietre del tempo" danno a chi le impugna il controllo su passato, presente e futuro.

 

Anche se questa rimane una fantasia, gli scienziati hanno creato con successo cristalli temporali su microscala per anni, non per alimentare astronavi intergalattiche, ma per energizzare computer ultrapotenti.

 

«I cristalli temporali sono una specie di sosta sulla strada per la costruzione di un computer quantistico», ha affermato Norman Yao, fisico molecolare presso l'Università della California, Berkley.

 

Informatica quantistica 2

È un'area di interesse per Google, che, insieme ai fisici delle università di Stanford e Princeton, afferma di aver sviluppato un «approccio scalabile» alla creazione di cristalli temporali utilizzando il computer quantistico Sycamore dell'azienda.

 

In un articolo pubblicato il mese scorso sulla piattaforma di condivisione della ricerca Arxiv.org , un team di oltre 100 scienziati descrive come hanno creato una matrice di 20 particelle quantistiche, o qubit, per fungere da cristallo temporale. Durante gli esperimenti, hanno applicato algoritmi che hanno fatto ruotare i qubit verso l'alto e verso il basso, generando una reazione controllabile che potrebbe essere sostenuta «per tempi infinitamente lunghi», secondo il documento.

 

Cristalli temporali

I cristalli temporali sono stranezze scientifiche fatte di atomi disposti in uno schema ripetuto nello spazio. Questo design consente loro di cambiare forma nel tempo senza perdere energia o surriscaldarsi. Poiché i cristalli temporali si evolvono continuamente e non sembrano richiedere molto input energetico, possono essere utili per i computer quantistici, che si basano su qubit estremamente fragili e soggetti a decadimento.

 

L'informatica quantistica è appesantita da qubit difficili da controllare, che sono soggetti a errori e spesso muoiono. I cristalli temporali potrebbero introdurre un metodo migliore per sostenere l'informatica quantistica, secondo Yao, che ha pubblicato un progetto per creare cristalli temporali nel 2017.

 

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«I cristalli temporali sono un punto di riferimento ponderato, che mostra che il tuo sistema ha il livello di controllo richiesto», ha detto Yao.

 

Gli scienziati coinvolti nella ricerca di Google affermano di non poter discutere i loro risultati mentre vengono sottoposti a revisione paritaria. Tuttavia, il lavoro affronta un'area in cui i fisici sperano da tempo in una svolta.

 

«La conseguenza è sorprendente: si elude la seconda legge della termodinamica», ha detto a Quanta Magazine Roderich Moessner, coautore del documento Google.

 

Il concetto di cristallo temporale è stato proposto per la prima volta nel 2012 dal fisico premio Nobel Frank Wilczek, che si è chiesto se gli atomi potessero essere disposti nel tempo in modo simile a come sono disposti nei cristalli ordinari.

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In sostanza, si chiedeva se un sistema chiuso potesse ruotare, oscillare o muoversi in modo ripetitivo. Ciò che seguì fu una buona dose di scrutinio da parte della più ampia comunità di fisici, anni di esperimenti universitari con e senza Wilczek e test per vedere se la sua visione era possibile.

 

La definizione si è espansa per includere oggetti che si attivano a causa di un'influenza esterna, come una scossa, una mescolanza o un colpo laser. «La definizione è alquanto fluida. Ma se vuoi chiamarlo un nuovo stato della materia, vuoi che sia autonomo e non si muova», ha detto Wilczek.

 

GOOGLE

I primi esperimenti pompavano ioni con i laser in modo che pulsassero artificialmente. È stato utile ma difficile da ridimensionare, ha aggiunto Wilczek. Nel 2017, gli scienziati dell'Università di Harvard e dell'Università del Maryland hanno rivelato di aver creato cristalli temporali su microscala in un laboratorio a temperature gelide. Entrambi hanno superato la revisione paritaria. Più di recente, a luglio, un team della Delft University of Technology nei Paesi Bassi ha pubblicato i risultati sul suo approccio alla costruzione di un cristallo temporale all'interno di un diamante (Questi risultati non sono stati sottoposti a revisione paritaria.)

 

universita' di stanford 1

I cristalli temporali sono un concetto difficile da comprendere, ma gli scienziati dicono che puoi pensarli come una macchina del moto perpetuo, che non risponde alla seconda legge della termodinamica secondo cui un qualsiasi sistema isolato degenera in un altro stato più disordinato. La loro esistenza mina anche la prima legge del moto di Newton, che descrive in dettaglio come un oggetto deve reagire al movimento.

 

I cristalli temporali sono i primi oggetti creati che rompono spontaneamente la "simmetria di traduzione temporale" o l'idea che un oggetto stabile, come solidi, liquidi, gas e plasma, rimarrà lo stesso nel tempo.

 

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Il lavoro di Google ha prodotto un cristallo temporale che ha funzionato per millisecondi, ma la ricerca sembra promettente, ha affermato Wilczek. Il presupposto è che una volta che l'hardware sarà più avanzato, i cristalli temporali risultanti dureranno più a lungo, ha aggiunto.

 

«Niente dura per sempre, nemmeno i diamanti, sono protoni e alla fine decadranno», ha detto Wilczek. «Se puoi creare qualcosa che ha un comportamento da cristallo temporale che dura milioni di cicli o migliaia di cicli, può supportare tecnologie sensibili. Puoi fare molto anche se non è perfetto».