La fisica quantistica è già di per sé un enigma, ma ora gli scienziati l’hanno resa ancora più letterale. Un team di matematici dell’Università del Colorado Boulder ha progettato un cubo di Rubik quantistico, con infinite possibili configurazioni e nuove mosse bizzarre per risolverlo.
Il classico cubo di Rubik è un rompicapo di permutazione, che richiede ai giocatori di eseguire determinate azioni per riorganizzare una delle molteplici permutazioni possibili in uno stato “risolto”. Nel caso del famoso cubo, ci sono circa 43 quintilioni di combinazioni possibili di piccoli blocchi colorati da ordinare in sei facce di colore uniforme attraverso una serie di movimenti vincolati.
Ma un cubo di Rubik quantistico espande questo spazio di possibilità all’infinito. Tutto ciò che serve è dare al risolutore una nuova azione quantistica: la capacità di spostare un pezzo in una superposizione quantistica, dove è sia spostato che non spostato allo stesso tempo. “Con le superposizioni, il numero di stati unici consentiti del puzzle è infinito, a differenza dei comuni rompicapi di permutazione dei negozi di giocattoli”, scrivono i ricercatori nel loro articolo.
Il team ha testato l’idea su una versione semplice di un rompicapo di permutazione: una griglia bidimensionale 2×2 composta solo da tessere blu e verdi. Lo stato risolto era posizionare le due tessere verdi sopra le due blu. Nella sua forma classica, il puzzle ha solo sei permutazioni possibili, incluso lo stato risolto. Qualsiasi stato può essere trasformato in un altro attraverso una sequenza di scambi di tessere verticali e orizzontali, mentre lo scambio di tessere diagonali e la rotazione dell’intero puzzle sono proibiti.
Questo semplice puzzle può acquisire un sapore quantistico chiamando i colori “particelle” e sottolineando che, poiché ogni tessera è indistinguibile dall’altra dello stesso colore, esse sono in un certo senso entangled. Sebbene le “particelle” abbiano un tocco quantistico, in pratica il puzzle stesso viene ancora giocato utilizzando mosse classiche. Una vera versione quantistica si apre quando sono consentite superposizioni tra due particelle diverse.
Tre diversi tipi di giocatori simulati sono stati messi al lavoro per risolvere il puzzle da 2.000 mescolamenti casuali. Un risolutore classico poteva solo scambiare due tessere adiacenti. Un risolutore quantistico poteva solo inserire coppie in superposizioni quantistiche. E un risolutore combinato poteva eseguire entrambe le azioni ogni volta. Non sorprende che il risolutore combinato abbia ottenuto le migliori prestazioni, risolvendo il puzzle in una media di 4,77 mosse. Il risolutore quantistico è stato il successivo, con una media di 5,32 mosse, mentre il risolutore classico è arrivato ultimo con una media di 5,88 mosse.
Ciò non significa che il regno della fisica classica non abbia i suoi vantaggi. Il risolutore classico può effettivamente raggiungere la soluzione in meno di cinque mosse più spesso del risolutore quantistico. Tuttavia, la sua media si allunga perché può spesso richiedere il doppio del tempo, mentre il risolutore quantistico finisce quasi sempre in otto mosse o meno. Questo cosiddetto vantaggio quantistico dovrebbe diventare più pronunciato con puzzle più complessi.
Fonte: Science Alert
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