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Competizione per i miscelatori quantistici cosmici

23/4/2024

Traduzione: tradotto automaticamente

I buchi neri sono i "miscelatori quantistici" per eccellenza - ma hanno concorrenza! Anche le semplici reazioni chimiche possono distruggere le informazioni in modo altrettanto efficace.

Quando un'informazione attraversa l'orizzonte degli eventi di un buco nero, viene persa: In un tempo brevissimo, si aggroviglia con le altre informazioni quantistiche presenti e si "spalma" nell'intero buco nero. I mostri gravitazionali sono considerati i "miscelatori quantistici" più veloci ed efficienti dell'universo. Tuttavia, ora si sta scoprendo che sistemi molto più semplici sono in grado di competere con loro.

Come riporta un team guidato da Peter G. Wolynes della Rice University di Houston, le informazioni possono andare perse nelle reazioni chimiche quasi con la stessa velocità con cui si attraversa un orizzonte degli eventi. Un effetto quantistico esotico, il "tunnelling", rende improvvisamente possibili enormi quantità di stati quantistici casuali, scrivono gli esperti nella rivista scientifica "PNAS". Questo potrebbe distruggere le informazioni in frazioni di un trilionesimo di secondo.

Il gruppo di lavoro ha utilizzato calcoli teorici per studiare il comportamento di queste informazioni quantistiche durante la reazione. Si tratta di una questione importante nella chimica fisica: le reazioni chimiche possono essere controllate dagli stati delle molecole coinvolte. Dal punto di vista della meccanica quantistica, una reazione non è una sequenza di stati univoci, ma rappresenta piuttosto un intero paesaggio di stati che possono essere assunti con diverse probabilità. L'informazione quantistica delle molecole iniziali è effettivamente contenuta in queste probabilità.

In alcune circostanze, il paesaggio relativamente gestibile degli stati e delle loro probabilità diventa improvvisamente un universo ingestibile di possibilità. Questo accade quando un sistema chimico è sufficientemente freddo e lento da poter "scavare un tunnel". Ciò significa che può passare da uno stato all'altro, anche se in realtà non dispone di energia sufficiente per questa transizione. Nella meccanica quantistica, queste transizioni "impossibili" possono verificarsi anche con una bassa probabilità. Se ciò accade, l'informazione quantistica sullo stato iniziale viene spalmata sull'intero sistema alla velocità teoricamente più alta possibile, come in un buco nero.

Tuttavia, ciò significa che il sistema passa da uno stato all'altro anche se non ha l'energia sufficiente per farlo.

Tuttavia, questo non accade sempre: a differenza dei buchi neri, il processo dipende molto dalle circostanze. Se una reazione avviene in un sistema grande e complesso, ad esempio nell'acqua, l'ambiente smorza l'effetto. La chimica, quindi, non è affatto indifesa di fronte alla perdita di informazioni. In linea di principio, è possibile controllare la misura in cui le informazioni vengono trattenute nel corso di una reazione chimica e, di conseguenza, anche il grado di controllo dei processi chimici e l'efficacia con cui si possono ottenere i prodotti desiderati. Questa è anche una differenza rispetto a un buco nero: se ci si cade dentro, si ottiene sempre lo stesso risultato, che sia desiderato o meno.

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articolo originale su Spektrum.de

Immagine di copertina: Shutterstock / vchal

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