Per la prima volta è stata osservata l’interazione fra due strutture che si trovavano in una particolarissima fase della materia nota come “cristalli temporali”. La scoperta della possibilità di questa interazione può avere importanti ricadute nel campo dell’elaborazione quantistica dell’informazione. L’idea di cristallo temporale fu avanzata nel 2012 dal premio Nobel Frank Wilczek, che si era una interrogato su una caratteristica delle leggi fisiche: la loro “simmetria”.

Le leggi fisiche sono dette simmetriche, perché valgono indistintamente per tutti i punti dello spazio e del tempo (possiamo spostarci in qualsiasi modo nello spazio e nel tempo, ma esse continuano a valere). Tuttavia, in natura si osservano facilmente sistemi che localmente “rompono” questa simmetria: in un comune cristallo, per esempio, gli atomi occupano posizioni ben definite, ma se essi vengono spostati la sua struttura non è più la stessa e otteniamo un cristallo diverso o addirittura qualcosa che non è un cristallo. Tutti gli esempi di rottura naturale della simmetria riguardano però cambiamenti nello spazio, non nel tempo.

Wilczek si chiese se, così come i comuni cristalli ordinari sono disposizioni ordinate di oggetti nello spazio, esistessero anche disposizioni ordinate di eventi. In pratica, questi cristalli temporali sarebbero strutture che pulsano (ecco l’evento) senza richiedere alcuna energia, come un orologio che non ha mai bisogno di carica. All’inizio, l’idea di Wilczek è stata accolta come una mera speculazione teorica, ma nel 2017 si è scoperto che i cristalli temporali potevano davvero esistere, anche se in forma simile, ma non esattamente identica, a quella definita da Wilczek: si trattava di insiemi di particelle quantistiche in costante cambiamento, senza mai raggiungerei uno stato stazionario.

Finora, tuttavia, erano stati osservati solo singoli cristalli temporali isolati ma adesso un gruppo di ricerca internazionale coordinato da Samuli Autti dell’Università di Aalto, in Finlandia, è riuscito a creare due cristalli temporali raffreddando elio-3 superfluido a meno di un decimillesimo di grado dallo zero assoluto (0,0001K). Gli scienziati hanno potuto anche osservare che i due cristalli temporali interagivano scambiandosi le particelle costituenti che fluivano dall’uno all’altro e viceversa, in un fenomeno noto come “effetto Josephson” (l’effetto sfruttato nelle giunzioni Josephson usate, per esempio, per la realizzazione di magnetometri superconduttori e rivelatori di radiazioni e particelle).

cristalli temporali 1 — Macchinario usato per realizzare l’interazione.

“Poter controllare l’interazione di due cristalli di tempo è un risultato importante” ha detto Autti. “Le interazioni controllate sono al primo posto nella lista dei desideri di chiunque cerchi di sfruttare un cristallo temporale per applicazioni pratiche, come l’elaborazione di informazioni quantistiche.”

Lo sviluppo di una tecnologia per la creazione e l’uso di cristalli temporali permetterebbe infatti di contrastare il fenomeno della decoerenza (ossia il rapido degrado) dell’informazione quantistica, che rappresenta il principale ostacolo allo sviluppo di computer quantistici di una certa dimensione e potenza: i cristalli temporali rimangono “naturalmente” intatti (coerenti) anche in condizioni variabili.