La corsa allo spazio quantistico (con relative reti quantistiche) è ufficialmente iniziata e mentre il mondo della tecnologia lavora senza sosta per costruire un internet quantistico globale, un recente studio ha aperto uno spiraglio sorprendente su ciò che queste reti quantistiche potrebbero realmente offrire: non solo comunicazioni ultra-sicure, ma anche una chiave per comprendere meglio l’universo stesso.
Un team internazionale composto da Igor Pikovski (Stevens Institute of Technology), Jacob Covey (University of Illinois a Urbana-Champaign) e Johannes Borregaard (Harvard University) ha pubblicato su PRX Quantum uno studio che ha dell’incredibile: le reti quantistiche potrebbero essere usate per testare gli effetti dello spaziotempo curvo sulla meccanica quantistica. In altre parole, si tratta del primo esperimento teorico in grado di sondare come la gravità (intesa secondo la relatività generale di Einstein) interagisca con il mondo quantistico.
Reti quantistiche: quando la gravità incontra il mondo dei qubit
Finora, la fisica quantistica ha superato tutti i test. Tuttavia, resta un enigma: cosa accade quando si incrocia con la teoria della relatività generale? La gravità, secondo Einstein, non è una forza tradizionale, ma l’effetto della curvatura dello spaziotempo. E questo può rallentare il tempo, come ben rappresentato in film come Interstellar.
Ma se il tempo scorre diversamente in presenza di corpi massicci che effetto ha tutto ciò sui fenomeni quantistici, come la sovrapposizione degli stati o l’entanglement?
È questa la domanda a cui Pikovski e colleghi vogliono rispondere. In uno studio precedente pubblicato su Physical Review Research, avevano già dimostrato che i tempi sono maturi per indagare sperimentalmente questa interazione, sfruttando le reti quantistiche.
Orologi atomici e sovrapposizioni temporali
La proposta dei ricercatori è tanto ambiziosa quanto affascinante: sfruttare orologi atomici quantistici in sovrapposizione, collegati tra loro da una rete, per vedere se il tempo stesso scorre in modo “quantisticamente diverso” nei vari nodi della rete, a causa dello spaziotempo curvo.
L’idea è questa: i qubit, distribuiti su grandi distanze tramite una rete quantistica, non solo mantengono la loro sovrapposizione, ma potrebbero percepire flussi temporali diversi contemporaneamente. È un effetto mai esplorato prima, reso finalmente accessibile dalla tecnologia attuale.
Il protocollo: dallo studio alla pratica
Per passare dalla teoria all’esperimento, Pikovski, Covey e Borregaard hanno sviluppato un protocollo concreto e utilizzando stati quantistici chiamati entangled W-states e sfruttando tecnologie come la teletrasportazione quantistica e le coppie di Bell (entanglement perfetto tra due qubit), hanno illustrato come queste informazioni possano essere distribuite, manipolate e infine analizzate per rivelare interferenze generate dallo spaziotempo curvo.
Un laboratorio del tutto teorico? Niente affatto. L’intero sistema si basa su tecnologie quantistiche già sviluppate, come gli array atomici, ed è pronto a essere messo alla prova.
“Assumiamo che la teoria quantistica valga ovunque… ma non lo sappiamo con certezza”, afferma Igor Pikovski. “Potrebbe essere che la gravità ne alteri il funzionamento. Alcune teorie lo prevedono, e ora possiamo testarle.”
Oltre la comunicazione: un laboratorio per l’universo
La vera sorpresa è che le reti quantistiche, finora viste solo come infrastruttura per un internet del futuro, potrebbero trasformarsi in strumenti di indagine scientifica senza precedenti, capaci di sondare i limiti della fisica stessa.
Un test pratico per capire se la realtà quantistica resta valida anche quando il tempo si deforma. Una porta aperta verso una possibile unificazione tra meccanica quantistica e relatività generale — e, chissà, forse un primo passo concreto verso la tanto sognata gravità quantistica.
