Buchi neri rotanti e computer che usano fenomeni della meccanica quantistica per elaborare informazioni sono argomenti che hanno affascinato gli appassionati di scienza per decenni, ma persino i pensatori più innovativi raramente li mettono insieme. Ora, tuttavia, il fisico teorico Ovidiu Racorean della Direzione Generale dell’Information Technology di Bucarest, in Romania, suggerisce che i potenti raggi X emessi vicino a questi buchi neri hanno proprietà che li rendono ideali portatori di informazioni per il calcolo quantistico. Questo lavoro è stato recentemente pubblicato nel New Astronomy.
Il termine ‘buchi neri’ è ampiamente conosciuto, ma non tutti sanno esattamente cosa siano. Quando le stelle arrivano alla fine delle loro vite, possono collassare su loro stesse sotto il loro stesso peso, diventando sempre più dense. Alcune possono collassare in un punto essenzialmente senza volume e con una densità infinita, con un campo gravitazionale dal quale nemmeno la luce riesce a sfuggire: questo è un buco nero. Se la stella che lo forma ruota, come molte stelle fanno, anche il buco nero girerà. La materia che si avvicina a un buco nero rotante ma non cade in esso si aggregherà in una struttura circolare conosciuta come disco di accrescimento. Le potenti forze in azione sui dischi di accrescimento aumentano la loro temperatura in modo che emettano raggi X, che possono agire come portatori di informazioni quantistiche.
I fotoni che compongono i raggi X hanno due proprietà: la polarizzazione e il momento angolare. Ognuna di esse può codificare un qubit (bit quantistico) di informazioni, l’unità di informazioni standard nel calcolo quantistico. “I ricercatori di laboratorio già usano i beam splitter (dispositivi ottici che dividono un raggio di luce in due parti) e i prismi per intrappolare queste proprietà nei fotoni a raggi X ed elaborare le informazione quantistiche”, dice Racorean. “Ora sembra che la curvatura dello spaziotempo intorno a un buco nero svolgerà lo stesso ruolo di questo apparato”. Finora, tuttavia, questo processo è solo una previsione. La prova finale arriverà quando si osserveranno le proprietà dei raggi X vicino ai buchi neri rotanti, cosa che potrebbe accadere nel prossimo decennio.
Due sonde spaziali con la stessa missione saranno lanciate intorno al 2022: l’Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) della NASA, e il X-ray Imaging Polarimetry Explorer (XIPE) dell’Europen Space Agency. Questi studieranno la polarizzazione di tutti i raggi X che si trovano nello spazio, inclusi quelli emessi vicino ai buchi neri. “Se scopriamo che la polarizzazione dei raggi X cambia con la distanza dal buco nero, con quelli nella regione centrale che sono meno polarizzati, avremo osservato stati intrappolati che possono creare informazioni quantistiche”, continua Racorean.
Questo argomento può sembrare esoterico, ma potrebbe avere applicazioni pratiche. “Un giorno, potremmo essere persino in grado di usare i buchi neri rotanti come computer quantici inviando fotoni a raggi X sulla giusta traiettoria intorno a questi corpi astronomici spettrali”, conclude Racorean. Inoltre, gli scienziati ritengono che la simulazione di stati inusuali di materia sarà un’importante prima applicazione del calcolo quantistico, e che ci saranno meno stati inusuali di materia rispetto a quelli ritrovati nelle vicinanze dei buchi neri.
