La scienza sta vivendo un momento di trasformazione radicale grazie all’avvento dei computer quantistici, macchine rivoluzionarie in grado di elaborare informazioni sfruttando le proprietà più controintuitive della meccanica quantistica, come la sovrapposizione e l’entanglement. Tra i protagonisti di questa rivoluzione, l’Università di Trento ha recentemente ottenuto risultati straordinari grazie all’accesso esclusivo ai potenti elaboratori quantistici del Quantum Artificial Intelligence Lab di Google.
Questa collaborazione ha permesso al team guidato dal professor Philipp Hauke (1 a dx nella foto) , esperto di fisica teorica delle interazioni fondamentali, di esplorare uno dei temi più complessi e affascinanti della fisica moderna: il confinamento nella teoria di gauge su reticolo ℤ2. Tale ricerca, pubblicata su Nature Physics, rappresenta una pietra miliare nello studio delle interazioni fondamentali che governano la materia.
Le teorie di gauge sono alla base del Modello Standard della fisica delle particelle, descrivendo le forze fondamentali che regolano l’universo. Il reticolo ipercubico, su cui si basa l’approccio sperimentato da UniTrento, permette di discretizzare lo spazio-tempo per analizzare le dinamiche di particelle elementari come elettroni, positroni, quark e gluoni. Questi studi sono cruciali per comprendere fenomeni di confinamento, nei quali le particelle subatomiche rimangono legate da interazioni forti, fenomeni ancora oggi poco chiari alla comunità scientifica.
Nel 2019, Google ha aperto una call internazionale per progetti innovativi capaci di sfruttare il potenziale dei computer quantistici. L’Università di Trento è stata selezionata tra gli otto vincitori globali e si è distinta come l’unica istituzione dell’Unione Europea ad accedere a questa opportunità. Il gruppo di Hauke ha quindi sviluppato un algoritmo che, eseguito sui computer quantistici di Santa Barbara, ha dimostrato di poter simulare fenomeni fisici con una precisione inimmaginabile per i calcolatori tradizionali.
I computer classici, basati sul sistema binario di bit (0 e 1), sono limitati nel rappresentare i sistemi quantistici. Al contrario, i computer quantistici, sfruttando i qubit, possono gestire una quantità esponenzialmente maggiore di informazioni. Hauke ha sottolineato come questi strumenti possano simulare esattamente sistemi con decine di particelle, aprendo la strada a un numero potenzialmente illimitato di particelle nel prossimo futuro. Questo progresso, tuttavia, richiede un continuo sviluppo all’interfaccia tra fisica e ingegneria.
Il lavoro del team di UniTrento è stato pubblicato su Nature Physics con il titolo: “Confinement in ℤ2 lattice gauge theory on a quantum computer”. Chi desidera approfondire può leggere l’articolo completo al seguente link: Nature Physics.