Un gruppo internazionale di fisici è riuscito a invertire il corso del tempo per una coppia di particelle interconnesse. I ricercatori hanno dimostrato che per i qubit quantistici interconnessi (bit quantistici) la seconda legge della termodinamica viene violata spontaneamente, secondo la quale nei sistemi isolati tutti i processi vanno solo nella direzione dell'aumento dell'entropia. Questo è riportato in un preprint pubblicato nel repository arXiv.org.
Secondo la seconda legge della termodinamica, il tempo va solo in una direzione, in cui il disordine (entropia) aumenta nei sistemi macroscopici. Ad esempio, il calore viene trasferito dai corpi riscaldati a quelli freddi, ma mai trasferito dai corpi freddi a quelli riscaldati. L'unidirezionalità è spiegata in termini di statistica, poiché ci sono molti più stati di disordine in cui i corpi possono essere ordinati. L'inversione della freccia del tempo, cioè il passaggio dal disordine all'ordine, è quindi molto meno probabile.
Tuttavia, nei sistemi quantistici, tale transizione è considerata fattibile. È dimostrato che per un sistema costituito da due qubit interconnessi (correlati), che sono particelle con spin semi-intero, la freccia del tempo è in grado di invertirsi. Gli scienziati che utilizzano la risonanza magnetica nucleare, in cui i nuclei degli atomi assorbono l'energia elettromagnetica, hanno "riscaldato" entrambi i qubit a temperature diverse, modificando l'energia dei loro giri. Successivamente, i fisici hanno monitorato sperimentalmente i cambiamenti nella loro temperatura e, quindi, hanno determinato la direzione del flusso di calore.
I nuclei di carbonio-13 e idrogeno in una soluzione di cloroformio sono stati presi come qubit. La soluzione è stata posta all'interno di un magnete superconduttore, che ha generato un campo elettromagnetico statico diretto in direzione longitudinale. Il sistema di particelle interconnesse è stato manipolato utilizzando campi di radiofrequenza trasversali. Gli scienziati hanno monitorato il processo di trasferimento di energia tra i nuclei su una scala di diversi millisecondi, che è molto meno del tempo necessario per la rottura della correlazione.
I ricercatori hanno scoperto che nella condizione in cui le particelle non sono interconnesse, la freccia del tempo ha la solita direzione. Un qubit freddo si è riscaldato e uno caldo si è raffreddato. Nel caso in cui i qubit fossero correlati, cioè quantum entangled, il calore fluiva spontaneamente nella direzione opposta. Secondo gli scienziati, questo fenomeno dovrebbe verificarsi anche in sistemi costituiti da un numero maggiore di particelle interconnesse.
