La meccanica quantistica non può salvare il passato, ma potrebbe inviargli messaggi

In un laboratorio sotterraneo presso il Max Planck Institute for Quantum Optics, la temperatura è mantenuta più vicina allo zero assoluto di qualsiasi altro luogo nell'universo conosciuto. Qui, i ricercatori non parlano di viaggi nel tempo; parlano di tempi di coerenza, correzione degli errori e del progresso dolorosamente lento della roadmap da un miliardo di euro del European Quantum Flagship. Tuttavia, un recente articolo teorico ha riacceso un dibattito che sembra più una sceneggiatura di Christopher Nolan che una riunione di politica industriale tedesca: la possibilità che l'entanglement quantistico, abbinato alla fisica estrema dei buchi neri, possa facilitare un "canale di ritorno cronologico" per le informazioni.

La premessa si basa sul ponte tra due dei concetti più scomodi della fisica: i ponti di Einstein-Rosen (wormhole) e la connessione non locale di particelle entangled, una dualità spesso sintetizzata come ER=EPR. Mentre la comunità fisica ha da tempo liquidato l'idea di viaggi nel tempo fisici come un artefatto matematico della Relatività Generale che la Natura non permetterebbe mai, la versione quantistica è più insidiosa. Suggerisce che, sebbene non sia possibile tornare indietro per evitare un disastro, potrebbe essere possibile inviare un set di qubit molto piccolo e fragile nel passato per avvertire qualcuno. Nel contesto del film Interstellar, questo è il tesseratto dietro la libreria; nel contesto di Bruxelles e Bonn, è un incubo di approvvigionamento che sfida la nostra comprensione della causalità e i limiti fondamentali dell'economia basata sul silicio.

La falla della post-selezione nella causalità

Per capire perché se ne parli improvvisamente in circoli seri, bisogna guardare al meccanismo specifico della post-selezione quantistica. Nella meccanica quantistica standard, non è possibile inviare informazioni più velocemente della luce perché i risultati delle misurazioni quantistiche sono fondamentalmente casuali. Se io e te condividiamo una coppia di fotoni entangled, la mia misurazione mi dice istantaneamente qualcosa sulla tua, ma non posso controllare il mio risultato per inviarti un segnale specifico. Questo è il "Teorema di Non-Comunicazione", ed è il motivo principale per cui la fisica quantistica non ha ancora stravolto l'industria globale delle telecomunicazioni.

Il problema del messaggero interstellare

Mentre i teorici discutono se questi loop siano una funzionalità o un bug dell'universo, la comunità osservativa è impegnata a cercare messaggeri fisici provenienti dall'esterno del nostro sistema solare che potrebbero mettere alla prova la nostra comprensione della fisica estrema. La recente ossessione per l'oggetto interstellare 3I/ATLAS evidenzia il divario tra ciò che possiamo modellare e ciò che possiamo effettivamente raggiungere. Scoperto solo pochi mesi fa, 3I/ATLAS è solo il terzo visitatore confermato da un altro sistema stellare e ha già mostrato il tipo di accelerazione non gravitazionale che infiamma la comunità SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence).

Una recente analisi del SETI Institute ha respinto le affermazioni secondo cui 3I/ATLAS potrebbe essere una sonda aliena che utilizza una propulsione esotica. I dati suggeriscono una spiegazione più banale, seppur affascinante: il rilascio di idrogeno o altri volatili che agiscono come un propulsore naturale. Questa è la tensione ricorrente nella scienza moderna: la lotta tra la spiegazione "rivoluzionaria" e la realtà "non gravitazionale". Se 3I/ATLAS fosse un artefatto tecnologico, sarebbe il banco di prova definitivo per verificare se la sua civiltà d'origine abbia padroneggiato i canali quantistici teorizzati. Invece, sembra essere una roccia molto solitaria e molto veloce, che cambia colore mentre reagisce alle radiazioni del nostro Sole, ricordandoci che il viaggio interstellare è attualmente una questione di chimica e balistica, non di wormhole.

Bruxelles e il divario di sovranità quantistica

Per i responsabili politici europei, il dibattito sulla segnalazione temporale quantistica non è solo un esercizio accademico; è una questione di sovranità industriale. Il progetto EuroQCI (Quantum Communication Infrastructure) dell'UE sta attualmente spendendo milioni per proteggere i dati del continente contro i futuri computer quantistici. Se la possibilità teorica di viaggi nel tempo "probabilistici" tramite entanglement quantistico passasse mai dalla lavagna a un laboratorio, renderebbe obsoleta la nostra attuale comprensione della sicurezza dei dati. Se un avversario può usare la post-selezione per raggiungere uno stato coerente che includa le tue future chiavi di decrittazione, il termine "sicuro" nelle comunicazioni sicure diventa relativo.

È qui che l'ottica industriale tedesca si concentra in modo particolare. La forza della Germania nella produzione di precisione e nella criogenia la rende l'hub naturale per l'hardware necessario a testare queste teorie. Tuttavia, il Ministero federale dell'Istruzione e della Ricerca (BMBF) tedesco è notoriamente conservatore. Finanziare un progetto che anche solo accenni al "viaggio nel tempo" è un modo rapido per perdere una linea di bilancio. Di conseguenza, la ricerca viene spesso presentata sotto le spoglie di "simulazione quantistica di ambienti gravitazionali estremi". Stiamo costruendo il tesseratto, ma lo chiamiamo camera a vuoto ad alta pressione per il collaudo di semiconduttori.

L'intercettazione del 2085 e la realtà della scala

C'è anche la questione dell'energia. Creare il tipo di curvatura dello spaziotempo necessaria per un CTC funzionale — anche su scala microscopica — richiede densità di energia che superano di gran lunga qualsiasi cosa il Large Hadron Collider possa immaginare. Stiamo parlando dell'equivalente massa-energia di una piccola luna compressa nelle dimensioni di un protone. Anche i sostenitori più ottimisti del ponte ER=EPR riconoscono che probabilmente siamo lontani secoli dal generare un tale campo. L'hardware non esiste, il finanziamento non è nell'attuale ciclo di bilancio dell'UE e la fisica potrebbe ancora vietarlo una volta passati dai modelli 2D alla realtà 3D.

Possiamo fidarci di un messaggio dal futuro?

Se supponiamo, per un momento, che la matematica della post-selezione regga e che un messaggio possa essere inviato indietro, ci troviamo di fronte a un problema filosofico e ingegneristico: il rapporto segnale-rumore. In questi modelli quantistici, la probabilità di un messaggio "all'indietro" riuscito è spesso incredibilmente piccola. Potrebbe essere necessario eseguire l'esperimento un trilione di volte per ottenere un singolo loop coerente. Per un osservatore del XXI secolo, il "messaggio" dal futuro sarebbe indistinguibile da una fluttuazione casuale in un sensore quantistico.

Questo ci riporta ai criostati del Max Planck. Gli ingegneri che ci lavorano sanno che l'universo è rumoroso. I sistemi quantistici collassano se li osservi troppo intensamente, figuriamoci se provi a trascinarli attraverso un buco nel tessuto del tempo. L'ambizione di comunicare attraverso la quarta dimensione è una testimonianza della curiosità umana, ma la realtà è che stiamo ancora cercando di capire come realizzare un processore a 50 qubit che non si surriscaldi. Stiamo cercando la libreria nel buco nero, ma non abbiamo nemmeno finito di costruire la biblioteca.

Lo studio di 3I/ATLAS e l'esplorazione teorica della segnalazione temporale quantistica sono due facce della stessa medaglia: il nostro disperato bisogno di trovare una scorciatoia attraverso l'immensità dell'universo. Che si tratti di una scorciatoia nello spazio o nel tempo, i risultati continuano a puntare alla stessa conclusione. La Natura è disposta a mostrarci la matematica per una scorciatoia, ma richiede un prezzo in energia e complessità che non possiamo ancora pagare. L'Europa continuerà a finanziare i sensori e i criostati, e i teorici continueranno a perfezionare i ponti ER=EPR, ma per ora, l'unico modo per inviare un messaggio al futuro è quello vecchio stile: scriverlo e aspettare.

Bruxelles ha la roadmap. La Germania ha i criostati. Ma l'universo non ha ancora fornito la rampa di uscita dal presente.