Qubit temporale: un esperimento del 2018 potrebbe averlo già creato
Tai Hyun Yoon, fisico della Korea University, ha rianalizzato i dati di un esperimento condotto nel 2018. I risultati suggeriscono che un singolo fotone abbia evoluto in due direzioni temporali opposte.
Nel mondo quantistico, un processo può essere controllato in modo da evolvere in due direzioni temporali opposte. Non significa che il tempo scorra davvero all’indietro: vuol dire che i fisici possono manipolare il verso dell’evoluzione di un sistema. Un nuovo studio sostiene che un qubit di questo tipo, basato su un singolo fotone, fosse già comparso in un esperimento del 2018, anche se allora i ricercatori non se ne erano accorti.
Un qubit temporale nei dati del 2018
La teoria è stata sviluppata da Tai Hyun Yoon, fisico della Korea University, in un new preprint. Yoon ha riletto i risultati di un esperimento conducted in 2018 da lui e dai suoi colleghi per tutt’altro scopo. Secondo la sua analisi, l’apparato aveva già prodotto il comportamento descritto dal modello: un qubit temporale a singolo fotone generato dal vuoto quantistico.
L’idea dei qubit temporali è recente. Fu proposta in un preprint uploaded to arXiv in November 2025 da Yakov Bloch, fisico dell’Università di Tel Aviv. Non si tratta di particelle che viaggiano nel passato: come spiega Bloch, sono sistemi quantistici capaci di evolvere simultaneamente in due direzioni temporali opposte. Si può immaginare un orologio con lancette che girano nello stesso momento in senso orario e antiorario. Il tempo non torna indietro, ma i ricercatori possono intervenire sulla direzione in cui si svolge un processo quantistico.
Come si ottengono due evoluzioni opposte
Bloch aveva proposto di verificare l’idea dividendo il percorso di una particella quantistica in due, applicando campi magnetici opposti lungo i tragitti e poi ricongiungendoli. La figura d’interferenza risultante avrebbe potuto rivelare il legame tra le due evoluzioni. Al momento della pubblicazione, la proposta era ancora teorica. Yoon ha sviluppato il concetto con un approccio diverso, basato sulla luce anziché sui campi magnetici.
Il suo metodo impiega due sorgenti cristalline che generano coppie di fotoni entangled, cioè legati tra loro da una correlazione quantistica. Un fotone di ciascuna coppia costituisce il qubit a singolo fotone. La tecnica è chiamata interferometria con sorgente entangled non lineare di bifotoni (ENBS). Regolando la fase della luce usata per generare i fotoni, si può controllare il verso di una specifica interazione quantistica. Cambiare la fase di mezzo ciclo inverte l’interazione: non è il tempo a scorrere al contrario, ma il processo matematico che descrive quell’interazione a procedere nel verso opposto.
In meccanica quantistica, l’evoluzione di un sistema è descritta da una grandezza matematica chiamata hamiltoniana, che stabilisce come cambia il suo stato da un istante all’altro. Invertirne il segno fa evolvere il sistema come se il tempo scorresse all’indietro, ripercorrendo i cambiamenti che avrebbe altrimenti subito. Il metodo di Yoon non inverte l’intera hamiltoniana, ma soltanto la parte che governa l’interazione controllata. In questo modo produce due direzioni opposte di evoluzione quantistica, come le lancette di un orologio capaci di muoversi in entrambi i sensi.
Mariela Grobelska/Unsplash
La sovrapposizione quantistica
Per ottenere un qubit temporale, tuttavia, non basta avere due direzioni opposte: occorre che siano presenti contemporaneamente in una sovrapposizione quantistica. Qui entra in gioco la luce laser condivisa. Normalmente, la generazione di una coppia di fotoni lascia informazioni che possono indicare quale cristallo l’ha prodotta. Questi indizi distinguono i due percorsi e impediscono la sovrapposizione coerente necessaria al qubit.
Alimentando entrambi i cristalli con la luce coerente della stessa sorgente laser, è possibile sopprimere le informazioni che li distinguono e permettere alle due evoluzioni opposte di interferire. Il fotone risultante codifica così non solo due percorsi diversi, ma anche due versi opposti di evoluzione quantistica.
Una prova da confermare
Per verificare la fattibilità del metodo, Yoon non ha costruito un nuovo apparato: ha utilizzato misurazioni raccolte in esperimenti precedenti, compreso quello del 2018. Quei lavori avevano già mostrato la dipendenza dalla fase e l’interferenza richieste dalla nuova teoria. Rianalizzando i dati, il fisico ha concluso che l’apparato poteva essere interpretato come una realizzazione di un qubit temporale a singolo fotone.
La prova, basata su dati raccolti in precedenza per altri scopi, non è una dimostrazione definitiva. Suggerisce però che valga la pena condurre un esperimento progettato appositamente, con un controllo più preciso degli stati quantistici, per verificare tutte le operazioni previste dalla teoria. Yoon scrive che «l’accoppiamento del qubit temporale ENBS discreto, tramite spostamenti tempo-frequenza controllati, agli stati a griglia bosonici Gottesman-Kitaev-Preskill (TF-GKP) nativi dell’hardware nello spazio delle fasi cronociclico apre una solida strada verso la correzione degli errori quantistici temporali tollerante ai guasti, l’elaborazione di qudit ad alta dimensionalità e le simulazioni da tavolo della dinamica dei rivelatori quantistici relativistici».
La ricerca, non ancora sottoposta a revisione paritaria, è disponibile su arXiv.
Fonte: sciencealert.com
