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Un magnete può imitare un buco nero: dove va l'informazione?
Un gruppo guidato dalla University at Buffalo ha trovato una soluzione matematica che descrive come un magnete quantistico frustrato possa passare da una dinamica estremamente lenta a una rapidissima e altamente correlata. Il risultato collega il comportamento di un vetro di spin quantistico, capace di trattenere a lungo l’informazione, a un regime impiegato per studiare come essa si disperde tra i molti gradi di libertà associati alla fisica dei buchi neri.
La ricerca, pubblicata di recente su Physical Review Letters, è stata coordinata dal fisico Jamir Marino. Il primo autore è Hossein Hosseinabadi, ora al Max Planck Institute for the Physics of Complex Systems, mentre tra i collaboratori figura Subir Sachdev dell’Università di Harvard, che sviluppò il modello Sachdev-Ye-Kitaev insieme a Jinwu Ye.
In un vetro di spin, i piccoli momenti magnetici degli atomi puntano in direzioni disordinate e non riescono a stabilire un ordine collettivo semplice. La loro risposta alle perturbazioni diventa lentissima, permettendo all’informazione di rimanere localizzata per tempi prolungati. Proprietà simili interessano sia la conservazione dell’informazione sia alcuni problemi complessi di ottimizzazione.
Il regime SYK occupa l’estremo opposto: le particelle interagiscono così intensamente che l’informazione si distribuisce rapidamente nell’intero sistema. Questo processo, chiamato scrambling dell’informazione, è matematicamente analogo alla dinamica attribuita ai buchi neri, nei quali i dettagli di uno stato iniziale diventano rapidamente irriconoscibili osservando soltanto una parte del sistema.
I ricercatori hanno studiato che cosa accade aumentando le fluttuazioni quantistiche a temperature estremamente basse. Attraverso tecniche di teoria quantistica dei campi e una rappresentazione non convenzionale degli spin, hanno calcolato che le fluttuazioni possono spezzare la configurazione bloccata: invece di congelarsi ulteriormente, il vetro di spin viene dissolto dagli effetti quantistici e sviluppa un forte entanglement quantistico.
Il diagramma di fase proposto include anche indicazioni quantitative. Un valore del parametro Nf vicino a 10 segna approssimativamente l’inizio di fluttuazioni SYK significative; nel limite di Nf molto grande, la temperatura critica tende a J/4 nelle unità adottate dal modello. Le curve complessive sono schematiche, mentre gli andamenti asintotici per piccoli valori di Nf derivano dal calcolo analitico.
Il lavoro è teorico e l’analogia riguarda la dinamica dell’informazione, non la creazione di un vero buco nero in laboratorio. La descrizione degli stati intermedi potrebbe comunque offrire nuovi strumenti per regolare il confine tra memoria persistente e diffusione rapida dell’informazione nelle future tecnologie quantistiche.
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