Le nuove regole fisiche vengono testate su un computer quantistico

I ricercatori di Aalto hanno utilizzato un computer quantistico IBM per esplorare un'area sconosciuta della fisica e hanno sfidato 100 anni di comprensione delle informazioni a livello quantistico.

Le regole della fisica quantistica che governano il comportamento di oggetti molto piccoli utilizzano operatori matematici chiamati Hamiltoniani Hermitiani. Gli operatori Hermitiani sono stati al centro della fisica quantistica per quasi 100 anni, ma recentemente i teorici hanno capito che è possibile estendere le sue equazioni fondamentali per utilizzare operatori che non sono Hermitiani.

Le nuove equazioni descrivono l'universo con il suo peculiare insieme di regole: per esempio, guardandoti allo specchio e cambiando la direzione del tempo, dovresti vedere la stessa versione di te stesso del mondo reale.

Nel loro nuovo lavoro, un team di ricercatori ha utilizzato un computer quantistico per creare un universo artificiale che si comporta secondo queste nuove regole.

Gli scienziati hanno costretto i qubit, la parte di un computer quantistico che esegue calcoli, a comportarsi secondo le nuove regole della meccanica quantistica non hermitiana. Hanno dimostrato sperimentalmente un paio di risultati entusiasmanti che sono proibiti dalla meccanica quantistica Hermitiana ordinaria.

La prima scoperta è stata che l'applicazione di operazioni ai qubit non memorizzava informazioni quantistiche, un comportamento così fondamentale per la teoria quantistica standard da portare a problemi attualmente irrisolti come il paradosso dell'informazione del buco nero di Stephen Hawking. Il secondo risultato entusiasmante è arrivato quando hanno sperimentato due qubit intrecciati.

L'entanglement è un tipo di correlazione che si verifica tra i qubit come se avessero una connessione magica che li induce a comportarsi in sincronia tra loro. Einstein era noto per essere a disagio con questo concetto, definendolo "azione spettrale a distanza".

Nella fisica quantistica ordinaria, è impossibile cambiare il grado di entanglement tra due particelle agendo su una delle particelle da soli. Tuttavia, nella meccanica quantistica non hermitiana, i ricercatori sono stati in grado di cambiare il livello di entanglement dei qubit manipolando solo uno di essi, cosa chiaramente vietata nella fisica quantistica ordinaria.

"La cosa più entusiasmante di questi risultati è che i computer quantistici sono ora abbastanza avanzati per iniziare a usarli per testare idee non convenzionali che fino ad ora sono state solo matematiche", ha detto l'autore Sorin Paraoanu. "Con il lavoro vero," l'azione spettrale di Einstein a distanza "diventa ancora più inquietante. Anche se comprendiamo molto bene cosa sta succedendo, ci vengono comunque i brividi ".

Questa ricerca ha anche potenziali applicazioni. Diversi nuovi dispositivi ottici oa microonde sviluppati di recente sembrano comportarsi in conformità con le nuove normative. Questo lavoro apre la strada alla simulazione di questi dispositivi su computer quantistici.