Quando l'elettricità passa attraverso un cristallo di quarzo, viene generato un impulso tramite il quale è possibile regolare l'orologio. D'altra parte, avendo cominciato a fondere il cristallo del tempo, si possono penetrare i segreti più profondi dell'Universo.
Un team di ricercatori in Giappone ha dimostrato che le basi quantistiche delle particelle, disposte come cristalli temporali, potrebbero teoricamente essere utilizzate per rappresentare alcune reti piuttosto complesse, dal cervello umano a Internet, mentre si rompono.
“Nel mondo classico, questo non sarebbe stato possibile, poiché avrebbe richiesto un'enorme quantità di potenza di calcolo”, afferma Martha Estarellas, ingegnere informatico quantistico presso l'Istituto nazionale di informatica (NII) di Tokyo.
“Non stiamo solo offrendo un nuovo metodo per rappresentare e comprendere i processi quantistici, ma anche una nuova prospettiva sui computer quantistici”.
Da quando sono stati descritti teoricamente per la prima volta nel 2012 dal premio Nobel Frank Wilczek, i cristalli del tempo hanno sfidato le fondamenta stesse della fisica.
La versione del nuovo stato della materia è sospettosamente simile al moto perpetuo: le particelle vengono periodicamente riorganizzate senza consumare o perdere energia, ripetendosi nel tempo.
Questo perché l'energia termica condivisa dai loro atomi costituenti non può entrare esattamente in equilibrio con lo sfondo.
È un po 'come una tazza di tè calda che rimane un po' più calda dell'ambiente, indipendentemente da quanto tempo è sulla tua tavola. Solo che, poiché l'energia in questi ammassi di materia ticchettanti non può essere utilizzata altrove, la teoria dei cristalli temporali evita di violare qualsiasi legge fisica.
Solo pochi anni fa, i fisici sperimentali hanno posizionato con successo la linea degli ioni di itterbio in modo tale che, quando illuminati da un laser, i loro giri di elettroni impigliati venissero fuori dall'equilibrio in questo modo.
Un comportamento simile è stato osservato in altri materiali, che ha fornito nuove informazioni su come le interazioni quantistiche possono svilupparsi in sistemi di particelle entangled.
Sapere che c'è un tempo in cui un comportamento simile a un cristallo è buono. La domanda successiva è: possiamo usare la loro unicità per qualcosa di pratico?
In un nuovo studio, utilizzando una serie di strumenti per mappare potenziali cambiamenti nella posizione di un cristallo del tempo (come mostrato nel video qui sotto), i ricercatori hanno mostrato come la distruzione discreta di un dispositivo a cristallo del tempo – sciogliendolo – imita una categoria di reti altamente complesse.
“Questo tipo di rete non è regolare o casuale, ma contiene strutture topologiche non banali che si trovano in molti sistemi biologici, sociali e tecnologici”, hanno scritto i ricercatori nel loro rapporto.
La simulazione di un sistema così complesso su un supercomputer può richiedere periodi di tempo poco pratici e una quantità significativa di apparecchiature ed energia, se possibile.
Il calcolo quantistico, tuttavia, si basa su un modo completamente diverso di eseguire il calcolo, utilizzando la matematica della probabilità insita negli stati della materia chiamati “qubit” prima della misurazione.
La giusta combinazione di qubit, disposti come cristalli temporali che oscillano avanti e indietro, potrebbe rappresentare segnali che viaggiano attraverso enormi reti di neuroni, relazioni quantistiche tra molecole o computer che comunicano tra loro in tutto il mondo.
“Utilizzando questo metodo multi-qubit, è possibile simulare una rete complessa delle dimensioni dell'intera Internet globale”, afferma Kae Nemoto, fisica teorica di NII.
Applicare ciò che stiamo imparando sui cristalli temporali a questa forma di tecnologia in evoluzione potrebbe darci un modo completamente nuovo di mappare e modellare qualsiasi cosa, dai nuovi farmaci alle comunicazioni future.
Comunque sia, difficilmente tocchiamo il potenziale di questo nuovo stato della materia. Sulla base di ricerche come questa, possiamo essere certi che il tempo è dalla nostra parte quando si tratta del futuro dell'informatica quantistica.
La ricerca è pubblicata sulla rivista Science Advances.
