Scoperta di una fase esotica della materia su un processore quantistico
Un team internazionale di scienziati ha fatto una scoperta straordinaria, osservando per la prima volta una fase esotica della materia su un processore quantistico. Utilizzando il chip AI di Google, noto come Willow, dotato di 58 qubit, i ricercatori hanno realizzato un’importante innovazione nel campo della fisica quantistica. Questo chip, che in precedenza aveva sollevato interrogativi sulla possibilità di esistere in una teoria del multiverso, ha ora rivelato uno stato ordinato topologicamente di Floquet, un fenomeno mai osservato prima in esperimenti pratici. Questa scoperta non solo amplia le nostre conoscenze sulla materia quantistica, ma apre anche nuove strade per la ricerca futura.
Il contributo del team di ricerca internazionale
Il gruppo di ricerca, composto da esperti della Technische Universität München (TUM) in Germania, dell’Università di Princeton nel New Jersey e di Google Quantum AI, ha dimostrato la presenza di uno stato quantistico di materia non in equilibrio, governato da un Hamiltoniano periodico nel tempo. In termini più semplici, si tratta di un sistema fisico le cui regole cambiano in modo ciclico e prevedibile, ma che non raggiunge mai una condizione di equilibrio stabile. Sebbene questa fase esotica fosse stata proposta teoricamente per anni, la sua osservazione diretta rappresenta un traguardo significativo nello studio della materia quantistica e delle sue applicazioni pratiche.
Le fasi della materia e il loro significato
Le fasi della materia sono gli stati fondamentali che la materia può assumere, simili alle diverse forme dell’acqua, che può esistere come liquido, solido o vapore. Queste fasi sono generalmente definite in condizioni di equilibrio, dove il sistema rimane stabile nel tempo. Tuttavia, la realtà fisica è spesso più complessa e alcune fasi emergono solo quando i sistemi vengono spinti al di fuori di tali condizioni di equilibrio. Il team di ricerca ha dimostrato che i computer quantistici, come Willow, sono particolarmente adatti per scoprire e studiare questi stati insoliti, che sfuggono alle descrizioni della termodinamica tradizionale. Le implicazioni di queste scoperte potrebbero rivoluzionare il nostro approccio alla fisica e alla tecnologia.
Il fenomeno dei sistemi di Floquet
Un esempio di stato non in equilibrio particolarmente interessante è rappresentato dai sistemi di Floquet, che sono caratterizzati da un comportamento governato da schemi temporali regolari. Questa periodicità può generare nuove forme di ordine che non sarebbero raggiungibili in condizioni di equilibrio, rivelando fenomeni che vanno oltre le fasi convenzionali della materia. Grazie all’analisi condotta con Willow, il team ha potuto esaminare il comportamento di questa nuova fase e ha sviluppato un algoritmo interferometrico per sondare la sua struttura topologica. Questo approccio ha permesso di osservare la ‘trasmutazione dinamica’ di particelle esotiche, un fenomeno teoricamente previsto per questi stati quantistici e che potrebbe avere applicazioni significative in futuro.
Le implicazioni della scoperta di Willow
Willow, già noto per la sua straordinaria potenza computazionale, ha suscitato un acceso dibattito riguardo alla sua capacità di supportare indirettamente la teoria degli universi paralleli. Proposta per la prima volta dal fisico statunitense Hugh Everett nel 1957, questa teoria suggerisce che il nostro universo sia solo uno dei tanti universi che insieme formano un insieme più vasto, comprendente tutto ciò che esiste, inclusi spazio, tempo, materia, energia e informazioni. L’abilità di Willow di eseguire calcoli complessi in meno di cinque minuti, operazioni che richiederebbero a uno dei supercomputer più avanzati di oggi un tempo inimmaginabile di 10 septilioni di anni, ha alimentato ulteriormente le speculazioni sulla realtà di universi paralleli e sulla natura della realtà stessa.
Il futuro della simulazione quantistica
I ricercatori ritengono che i risultati ottenuti segnino l’inizio di un nuovo capitolo nella simulazione quantistica, trasformando i computer quantistici in veri e propri laboratori per esplorare il vasto e inesplorato mondo della materia quantistica fuori equilibrio. Le intuizioni derivanti da questo studio potrebbero non solo migliorare la nostra comprensione della fisica, ma anche contribuire allo sviluppo di future tecnologie quantistiche. Melissa Will, dottoranda presso il dipartimento di fisica della TUM School of Natural Sciences e prima autrice dello studio, ha sottolineato che le fasi non in equilibrio, altamente intrecciate, sono notoriamente difficili da simulare con computer classici. “I nostri risultati dimostrano che i processori quantistici non sono solo dispositivi computazionali, ma rappresentano potenti piattaforme sperimentali per scoprire e sondare stati di materia completamente nuovi”, ha concluso Will in un comunicato stampa. Lo studio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature, segnando un passo significativo nel campo della fisica quantistica e delle sue applicazioni future.
