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Un computer quantistico simula la nascita di materia: è il Big Bang?
Un gruppo guidato dal Duke Quantum Center ha usato un computer quantistico per osservare, in un modello controllato, un processo legato alla formazione della materia. La macchina impiega 13 ioni intrappolati e riproduce la comparsa di nuove coppie di cariche quando il legame tra due cariche iniziali si spezza. È un esperimento che porta un fenomeno della fisica delle particelle dentro un dispositivo programmabile. Per chi segue la tecnologia, mostra un possibile uso dei computer quantistici oltre il calcolo tradizionale: studiare come si evolvono sistemi fisici difficili da descrivere.
Il fenomeno si chiama rottura della stringa. I quark, componenti di protoni e neutroni, restano confinati in particelle composte; allontanarli richiede sempre più energia. Se l’energia accumulata diventa sufficiente, può dare origine a una nuova coppia particella-antiparticella. La «stringa» è un’immagine utile per descrivere il legame, non un filo materiale che si possa tagliare.
Per costruire la simulazione, i ricercatori hanno codificato un modello di confinamento dei quark in una catena di 13 ioni. Fasci laser regolati con precisione hanno modificato le interazioni fra gli ioni, facendo variare l’energia del sistema come previsto dal modello. Il gruppo ha poi preparato la catena in uno stato fuori equilibrio e ne ha seguito l’evoluzione nel tempo.
Nelle misure sono emerse cariche efficaci, cioè proprietà del simulatore che rappresentano le cariche del modello fisico. Da quelle misure il gruppo ha ricostruito la dinamica della stringa e la formazione delle nuove coppie. Il risultato, pubblicato su Nature Physics, offre così un modo sperimentale per seguire passaggio per passaggio un processo che, nelle particelle reali, richiede energie estreme.
I ricercatori hanno eseguito anche una simulazione su un computer classico, ottenendo risultati coerenti con quelli della macchina quantistica. Il confronto si inserisce nel dibattito su come valutare le scoperte nel quantum computing: a questa scala i calcoli tradizionali permettono ancora una verifica indipendente. L’interesse tecnologico è far crescere modelli e dispositivi fino a problemi che diventino troppo complessi da seguire con gli stessi metodi classici.
Altri due gruppi hanno pubblicato risultati sullo stesso fenomeno usando piattaforme diverse: Google con circuiti superconduttori e QuEra Computing con atomi neutri. La piattaforma a ioni intrappolati aggiunge quindi un terzo approccio al confronto. Ciascuno offre un modo diverso di controllare il sistema, un’informazione utile per capire quali strumenti possano affrontare simulazioni sempre più grandi.
La conseguenza concreta è una nuova possibilità per la computazione quantistica: usare hardware controllabile per esplorare modelli della fisica delle alte energie e osservare come cambiano nel tempo. Esperimenti più ampi potrebbero aiutare a studiare processi legati all’evoluzione della materia nell’universo primordiale. Il modello, però, riproduce dinamiche analoghe in 13 ioni: non ricrea il Big Bang né produce nuove particelle fondamentali.
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