Fisici: dimostrano il limite di velocità quantistica a lungo sospettato per la termalizzazione

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Quando aspettiamo che il ghiaccio di un vetro di un’auto si sciolga in inverno, o che una bevanda tiepida si raffreddi, il tempo necessario affinché un corpo raggiunga una temperatura stabile e equilibrata con l’ambiente circostante (equilibrio termico) dipende da numerosi fattori. Tra questi possiamo annoverare la superficie, le proprietà del materiale del corpo e la circolazione dell’aria.

Tuttavia, quando ci avviciniamo alla scala subatomica in cui operano i qubit dei computer quantistici, entra in gioco un insieme di regole diverso. Le condizioni esterne continuano a rivestire importanza, ma, secondo un nuovo articolo pubblicato su , la meccanica quantistica impone un limite di velocità fondamentale alla rapidità con cui diversi sistemi quantistici possono raggiungere l’equilibrio termico.

L’importanza di questa scoperta risiede proprio nel carattere universale di questo limite. Indipendentemente dalla quantità di energia applicata o da quanto intensamente un sistema venga guidato, il processo non può essere forzato a svolgersi più rapidamente.

La ricerca di un limite di velocità universale

Da anni i fisici hanno osservato segnali di questo limite di Planck nei materiali superconduttori e nei sistemi quantistici, portando così a sospettare l’esistenza di un limite di velocità universale. Tuttavia, mancava una dimostrazione matematica generale che stabilisse un tale limite.

A questo punto entrano in scena Paolo Abiuso e i suoi colleghi dell’Accademia Austriaca delle Scienze.

Gli ricercatori hanno sviluppato un quadro matematico universale che tratta la termalizzazione come un processo in grado di condurre diversi sistemi quantistici ai rispettivi stati termali. Utilizzando la teoria dell’informazione quantistica, hanno calcolato quanto rapidamente ciò possa avvenire sotto le leggi della meccanica quantistica.

Per materializzare i propri risultati, il team ha applicato le proprie equazioni a un modello teorico di particelle quantistiche interagenti e ha analizzato il loro comportamento dal punto di vista matematico.

Una velocità massima che non può essere superata

Ebbene, a tutte queste calcoli numerici e alla formalizzazione quale risultato hanno condotto?

Il team ha dimostrato che la meccanica quantistica impone un limite alla velocità con cui diversi sistemi quantistici raggiungono l’equilibrio termico. Gli ricercatori hanno scoperto che questo limite è determinato dalla temperatura e dalle due costanti fondamentali della natura: la costante di Planck ridotta e la costante di Boltzmann.

“Quindi questo limite deriva dall’osservazione che la macchina di termalizzazione non potrà mai violare il limite di Heisenberg [un limite fondamentale su quanto precisamente le proprietà quantistiche possono essere misurate],” scrivono gli autori dello studio.

Ciò significa che il tempo minimo necessario affinché i sistemi quantistici raggiungano l’equilibrio termico a temperature più elevate può essere più breve, ma, quando sono validi, non riescono comunque a superare questo limite di velocità fondamentale. I risultati confermano che questo limite di velocità dipende dalla temperatura e dalla meccanica quantistica, indipendentemente da quanto complesso sia l’ambiente circostante.

Tuttavia, a temperature estremamente basse, il limite è determinato dalla differenza di fra i due livelli energetici più bassi di un sistema.

Questa non è solo una dimostrazione di matematica ingegnosa. Comprendere questi limiti universali di velocità può aiutare i ricercatori a sviluppare computer quantistici migliori, tra le altre cose.

L’articolo è stato scritto da Paul Arnold, edito da Lisa Lock e sottoposto a verifica di accuratezza e revisione da Robert Egan; un lavoro accurato e curato è stato dedicato alla sua preparazione. Science X si basa sul supporto dei propri lettori per continuare a svolgere giornalismo scientifico indipendente. Se questa notizia è importante per te, potresti prendere in considerazione la possibilità di effettuare una donazione, in particolare una donazione mensile. In cambio, riceverai un account senza pubblicità.

Paolo Abiuso et al., Dimostrazione information-theoretica del limite Planckiano per la termalizzazione, (2026). DOI: 10.1038/s41567-026-03397-y

Laurea triennale in Biologia presso l’Università di Londra. Produttore di documentari BBC con esperienza internazionale. Lavora da libero professionista dalla Spagna meridionale.

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Laureato in Storia dell’Arte presso l’Università BA, con un Master in Cultura Materiale. Ex editore di , paramedico e coordinatore per il trapianto di . Si occupa di redazione per Science X dal 2021.

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Laurea triennale in matematica applicata, con una passione per la divulgazione scientifica e la scrittura creativa. Grande viaggiatore, porta con sé prospettive uniche sulla scienza e sulle lingue. Profilo completo →

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