Google, il “cristallo del tempo” che potrebbe cambiare la fisica per sempre

I ricercatori che lavorano in collaborazione con Google potrebbero aver appena utilizzato il computer quantistico del colosso tecnologico per creare una fase completamente nuova della materia: un cristallo temporale. Con la capacità di muoversi per sempre tra due stati senza mai perdere energia, i cristalli temporali schivano una delle leggi più importanti della fisica – la seconda legge della termodinamica, che afferma che il disordine, o entropia, di un sistema isolato deve sempre aumentare. Questi bizzarri cristalli temporali rimangono invece stabili, nonostante esistenti in un costante stato di flusso.

Secondo un articolo di ricerca pubblicato il 28 luglio sul database di prestampa arXiv, gli scienziati sono stati in grado di creare il cristallo del tempo per circa 100 secondi utilizzando qubit (la versione del calcolo quantistico del tradizionale bit del computer) all’interno del nucleo del processore quantistico Sycamore di Google. L’esistenza di questa strana nuova fase di materia, e il regno completamente nuovo dei comportamenti fisici che rivela, è incredibilmente eccitante per i fisici, specialmente perché i cristalli temporali sono stati previsti per la prima volta solo nove anni fa.

“Questa è stata una grande sorpresa”, ha detto a Live Science Curt von Keyserlingk, un fisico dell’Università di Birmingham nel Regno Unito che non è stato coinvolto nello studio. “Se avessi chiesto a qualcuno 30, 20 o forse anche 10 anni fa, non se lo sarebbero aspettati”.

I cristalli temporali sono oggetti affascinanti per i fisici perché essenzialmente eludono la seconda legge della termodinamica, una delle leggi più corazzate della fisica. Afferma che l’entropia (un analogo approssimativo per la quantità di disordine in un sistema) aumenta sempre. Se vuoi fare qualcosa di più ordinato, devi metterci più energia.

Questa tendenza a crescere del disordine spiega molte cose, come ad esempio perché è più facile mescolare gli ingredienti in una miscela piuttosto che separarli di nuovo, o perché i cavi delle cuffie si aggrovigliano così tanto nelle tasche dei pantaloni. Imposta anche la freccia del tempo, con l’universo passato sempre più ordinato del presente; guardare un video al contrario, ad esempio, è probabile che ti sembri strano principalmente perché stai assistendo all’inversione controintuitiva di questo flusso entropico.

“Anche se si isola totalmente fisicamente un pendolo dall’universo, quindi non c’è attrito e nessuna resistenza dell’aria, alla fine si fermerà. E questo a causa della seconda legge della termodinamica”, ha detto a Live Science Achilleas Lazarides, un fisico dell’Università di Loughborough nel Regno Unito che è stato tra gli scienziati a scoprire per la prima volta la possibilità teorica della nuova fase nel 2015. “L’energia inizia concentrata nel centro di massa del pendolo, ma ci sono tutti questi gradi interni di libertà – come i modi in cui gli atomi possono vibrare all’interno dell’asta – in cui alla fine verrà trasferita”.

Utilizzando 20 strisce di alluminio superconduttore per i loro qubit, gli scienziati hanno programmato ciascuno in uno dei due possibili stati. Quindi, facendo esplodere un raggio di microonde sulle strisce, sono stati in grado di guidare i loro qubit per capovolgere gli stati; i ricercatori hanno ripetuto l’esperimento per decine di migliaia di volte e si sono fermati in diversi punti per registrare gli stati in cui si trovavano i loro qubit. Quello che hanno scoperto è che la loro collezione di qubit stava oscillando avanti e indietro tra solo due configurazioni, e i qubit non stavano assorbendo calore dal fascio di microonde – avevano creato un cristallo temporale.

L’esperimento di Google rimarrà probabilmente il modo migliore per studiare i cristalli del tempo per il prossimo futuro. Sebbene numerosi altri progetti siano riusciti a realizzare quelli che sembrano essere cristalli temporali in altri modi – con diamanti, superfluidi elio-3, quasiparticelle chiamate magnon e con condensati di Bose-Einstein – per la maggior parte i cristalli prodotti in queste configurazioni si dissipano troppo rapidamente per uno studio dettagliato.