È possibile svelare i misteri dei buchi neri con l'informatica quantistica?

Una recente ricerca, pubblicata sulla rivista PRX Quantum, utilizza l’informatica quantistica e le tecniche di machine learning per tentare di comprendere cosa accade all’interno di un buco nero.

I ricercatori intendono adoperare le tecniche di apprendimento automatico coadiuvate con l’informatica quantistica per trovare un’eventuale relazione tra gli assunti della teoria della relatività generale di Einstein e il modello standard della fisica delle particelle. Un eventuale collegamento fungerebbe da strumento teorico per mettere in relazione le diverse scale di grandezza proprie del nostro universo. A tal proposito, esiste una teoria secondo cui i movimenti e le accelerazioni delle particelle sul piano bidimensionali, poste sull’ipotetica superficie esterna di un buco nero, potrebbero riflettere ciò che accade al suo interno, ossia i movimenti tridimensionali dentro al buco nero stesso.

Questo concetto, chiamato dualità olografica, potrebbe offrire un modo per relazionare correttamente la fisica dei buchi neri con il modello standard. Tuttavia, la congettura matematica della dualità olografica è difficile da modellare con gli algoritmi informatici moderni. Così Enrico Rinaldi, un fisico dell'Università del Michigan e di RIKEN e principale autore dello studio, ha tentato di sviluppare un nuovo modello computazionale che utilizzasse, per l’appunto, il calcolo quantistico e l'apprendimento automatico. Insieme al suo team ha perciò sfruttato il concetto di modello di matrice quantistica per la descrizione matematica della relativa funzione d’onda. Hanno quindi utilizzato, attraverso un processo iterativo di “ottimizzazione”, una rete neurale per trovare la funzione d’onda della matrice con la più bassa energia possibile, chiamata stato fondamentale.

Secondo Rinaldi, queste nuove tecniche rappresentano un miglioramento significativo rispetto a precedenti tentativi di risoluzione di questa tipologia di algoritmi. "Altri metodi che le persone usano tipicamente possono trovare l'energia dello stato fondamentale, ma non l'intera struttura della funzione d'onda", ha detto Rinaldi in un comunicato stampa .