Gli scienziati hanno fatto notizia la scorsa settimana per aver presumibilmente generato un wormhole. La ricerca, riportata su Nature, prevede l’utilizzo di un computer quantistico per simulare un wormhole in un modello fisico semplificato.
Subito dopo la diffusione della notizia, fisici ed esperti di informatica quantistica hanno espresso scetticismo sul fatto che fosse stato effettivamente creato un wormhole.
La copertura mediatica era caotica. I media hanno riferito che i fisici avevano creato un wormhole teorico, un wormhole olografico o forse un piccolo wormhole scadente, e che il computer quantistico di Google suggerisce che i wormholes sono reali. Altri media hanno offerto sobriamente la notizia che no, i fisici non hanno affatto creato un wormhole.
Se questo ti ha confuso, non sei solo! Cosa sta succedendo?
Wormhole e entanglement
L’Universo è vasto. È così grande che viaggiare da una parte all’altra con mezzi convenzionali è poco pratico.
I wormhole sono una sorta di scappatoia: scorciatoie tra due regioni dell’Universo che potrebbero consentire di attraversare grandi distanze in un tempo molto più breve. I wormhole sono consentiti dalla teoria della relatività di Einstein, ma nessuno è mai stato trovato in natura.
Di recente, i fisici hanno giocato con l’idea che i wormhole siano collegati a un altro fenomeno, noto come entanglement.
L’entanglement è un fenomeno quantistico peculiare che coinvolge le particelle. Quando le particelle vengono poste in uno stato entangled, la misurazione di una particella sembra influenzare immediatamente l’altra particella. Questo è il caso anche quando le due particelle sono troppo distanti perché sia possibile la causalità.
Alcuni fisici hanno suggerito che un wormhole potrebbe essere solo un modo per descrivere un certo tipo di entanglement quantistico. Se corretto, ciò creerebbe un legame tra due importanti teorie della fisica: la meccanica quantistica e la relatività generale.
La relatività generale spiega come funziona la gravità e descrive l’Universo su larga scala. La meccanica quantistica spiega le altre forze fondamentali e descrive l’Universo su scale molto piccole.
Entrambe sono teorie di grande successo. Tuttavia, devono ancora essere riconciliati in un’unica teoria unificata.
Una teoria unificata preserverebbe le intuizioni sia della meccanica quantistica che della relatività generale, fornendo allo stesso tempo un resoconto di come funziona la gravità nel dominio quantico, qualcosa che attualmente non capiamo.
Poiché i wormhole sono distintivi della relatività generale e l’entanglement è distintivo della meccanica quantistica, la potenziale somiglianza tra loro è eccitante. Suggerisce che le due teorie potrebbero, a un certo livello, descrivere la stessa cosa.
Gravità quantistica su un chip?
Come cercheremmo questa potenziale somiglianza tra wormhole e entanglement?
Bene, sappiamo come intrappolare le particelle sperimentalmente. Lo facciamo da un po’ di tempo.
Quindi possiamo provare a costruire un particolare tipo di sistema quantistico: uno che può essere descritto usando la stessa fisica che usiamo per i wormhole. Se riuscissimo a costruire un tale sistema in laboratorio e si comportasse come un wormhole, sosterrebbe l’idea che entanglement e wormhole siano due facce della stessa medaglia.
Nei computer quantistici, i componenti di base possono essere inseriti in vari stati quantistici che possono essere utilizzati per eseguire esperimenti quantistici. Quindi, sembra che rappresentino un’opportunità per testare la relazione tra wormhole e entanglement.
Questo è forse il motivo per cui è stato riferito che i fisici avevano utilizzato un computer quantistico per generare un wormhole. Ma non sembra essere quello che è realmente accaduto, anche se capire perché non è semplice.
Non è stato creato un wormhole
Ciò che i fisici hanno fatto è stato organizzare i componenti di base di un computer quantistico in uno specifico stato quantistico. Sono stati quindi in grado di trasferire informazioni da una parte all’altra del computer attraverso il sistema quantistico.
Il sistema quantistico e il modo in cui le informazioni sono state trasferite possono essere descritti utilizzando un particolare modello in fisica. Secondo questo modello, il tipo di trasferimento di informazioni che si è verificato all’interno del computer è descrittivamente simile al modo in cui qualcosa passa attraverso un wormhole.
Tuttavia, il modello utilizzato presenta almeno due limitazioni.
In primo luogo, sembra fare supposizioni irrealistiche sulla fisica del nostro mondo. Presuppone, in particolare, che lo spaziotempo – il tessuto dell’Universo – abbia determinate proprietà che potrebbe non avere.
In secondo luogo, il modello è stato semplificato per descrivere un sistema semplice che può essere implementato con un computer quantistico. Tale modello semplificato può essere fisicamente impreciso.
Quindi, mentre possiamo descrivere ciò che è accaduto all’interno del computer come se fosse un wormhole, utilizzando uno specifico tipo di modello, non è chiaro se il modello rappresenti il mondo come lo conosciamo.
Esperimento e simulazione
Alcuni commentatori hanno offerto una ragione diversa per essere scettici sulla creazione di un wormhole: era solo una simulazione. Come ha affermato un critico, considerare il sistema come un wormhole “è come affermare che giocare al videogioco Portal implica la creazione di un vero e proprio wormhole perché raffigura qualcosa di simile al concetto teorico sullo schermo”.
Dobbiamo davvero stare attenti a trarre conclusioni sulla realtà dalle simulazioni. Tuttavia, l’aspetto quantistico di questa simulazione la rende più simile a un esperimento rispetto alla normale simulazione che potresti eseguire su un computer di tutti i giorni.
Quindi sembra che la simulazione possa legittimamente dirci qualcosa sul sistema quantistico che sta simulando. Tuttavia, rimane il problema che possiamo interpretare il sistema solo come un wormhole in uno specifico modello di fisica potenzialmente irrealistico.
Nessun wormhole, ma comunque impressionante
Quindi dovremmo forse essere scettici sul fatto che siano stati creati dei wormhole. Tuttavia, c’è motivo di essere impressionati.
Per prima cosa, il team ha utilizzato tecniche di apprendimento automatico per semplificare il modello che stavano utilizzando per simularlo in modo utile.
L’uso dell’apprendimento automatico per produrre il modello semplificato è accurato e dovremmo aspettarci di vedere più usi dell’apprendimento automatico come questo in futuro.
È anche importante che sia stato utilizzato un computer quantistico per eseguire il tipo di esperimento quantistico in questione. Il fatto che ciò possa essere fatto apre la strada all’esecuzione di ulteriori esperimenti. Questo potrebbe aprire un paradigma sperimentale che può essere utilizzato per fare progressi in fisica.
C’è anche la possibilità, anche se piuttosto lontana, che qualche aspetto del modello utilizzato per descrivere il sistema quantistico venga rivendicato. Ciò potrebbe portare alla scoperta di una relazione tra entanglement quantistico e wormhole in futuro.
Ma questo rimane molto speculativo.
Autore
Sam Baron, Università cattolica australiana
