La meccanica quantistica è il settore più bizzarro di tutta la scienza. Usando la esperienza quotidiana della vita sulla Terra, nulla avrebbe senso nella fisica dei quanti che è la teoria che si fonda sulle leggi della Natura, che valgono per gli “oggetti” molto piccoli.
La parola quanto denota un piccolo pacchetto di energia.
I principi di base della teoria dei quanti rappresentano la meccanica quantistica, dove si ha a che fare con i mattoni fondamentali della materia, le particelle che costituiscono ogni cosa nell’universo: atomi, neutroni, protoni, elettroni, quark e infine fotoni che sono le unità costituenti la luce.
A scala ridotta, tutte le familiari leggi che regolano il comportamento della natura vengono meno.
Comunque possiamo affermare senza strappi che, come disse il grande fisico e premio Nobel Richard Feynman, nessuno può sostenere di aver capito veramente la meccanica quantistica.
Eppure, i risultati raggiunti sono strepitosi: risonanza magnetica nucleare, la PET (tomografia a emissione di positroni), microscopio elettronico, laser, nanotecnologie si basano tutte sulla meccanica quantistica.
IL Nobel per la Fisica 2022
IL Nobel per la fisica è stato assegnato questo anno a tre scienziati che si sono occupati di informazione quantistica con esperimenti su quel fenomeno quantistico bizzarro che si chiama entanglement (corrisponde all’italiano “groviglio”, “intreccio”, “correlazione”).
La motivazione ufficiale? “Per i loro esperimenti con l’entanglement dei fotoni, che hanno permesso di stabilire la violazione delle disuguaglianze di Bell e i lavori pionieristici nella scienza dell’informazione legata alla quantistica”.
Tradotto: l’uso di alcuni fenomeni della fisica quantistica consentiranno di realizzare computer quantistici, molto più veloci di quelli che abbiamo a disposizione.
La competizione delle multinazionali a colpi di investimento
Per comprendere la portata di queste “scoperte “ricordo che tre anni fa Google annunciò di aver raggiunto il cosiddetto “vantaggio quantistico” avendo messo a punto un microprocessore quantistico avendo compiuto in 3 minuti un calcolo che il più potente computer avrebbe impiegato 10 mila anni.
Nel 2020 i cinesi hanno impiegato tre minuti e venti secondi per risolvere un problema di calcolo che un computer normale avrebbe impiegato 2,5 miliardi di anni.
I cinesi hanno usato una tecnologia a base di fotoni e Google materiali superconduttori.
L’entanglement quantistico è un particolare stato della materia quantistica (elettroni, neutroni, protoni, atomi, quark) che sottende delle correlazioni.
Un modo per acquisire informazioni sullo stato di un sistema è quello di effettuare misurazioni. Se due misure sono correlate acquisendo su un oggetto informazioni posso ottenere informazioni sull’altro correlato al primo.
Ora possono esistere limiti sulle correlazioni tra due oggetti e, che valgono nel mondo della fisica classica.
Nel mondo della meccanica quantistica questi limiti sono più elevati e, in questo caso si dice che, violano le diseguaglianze di Bell.
Sono state proprio queste correlazioni “in più” a far sviluppare la crittografia quantistica, che è un protocollo di trasmissione della informazione basato sulla presenza dell’entanglement, realizzando efficienza e sicurezza assoluta rispetto alla sicurezza classica.
Non tutti forse sanno che 4 anni fa un giovane veneto violò 55 siti istituzionali e, anni prima aveva violato otto domini collegati alla NASA. Questi attacchi hanno dimostrato la vulnerabilità di sistemi di sicurezza, che potrebbero contenere dati altamente sensibili.
Si comprende che investimenti migliorativi dei sistemi di sicurezza, in una società sempre più digitale rappresentano una scelta strategica. Implementare sistemi di sicurezza, che sfruttano la trasmissione di informazioni utilizzando la fisica quantistica (non è casuale che si parla di qubit o bit quantistici) tra un satellite in orbita e dei ricevitori, a Terra.
Un sistema di sicurezza che rende inviolabile la comunicazione, utilizzando le leggi della meccanica quantistica.
Altro ambito straordinario è il teletrasporto quantistico. IL teletrasporto può sembrare fantascienza, ma gli scienziati stanno lavorando per renderlo reale.
Attualmente non si tratta di teletrasportare persone o prodotti, ma creare un Internet quantistico altamente sicuro ed estremamente veloce.
Utilizzando l’entanglement, lo stato di una particella può essere teletrasportato a qualunque distanza che vogliamo, proprio come succede al capitano Kirk della serie Tv, Star Trek, quando ordina di essere teletrasportato sull’ Entreprise.
O come il capitano Spock che viene smaterializzato e il mucchiettino di atomi ottenuti e teletrasportati sulla navicella, che diventeranno il capitano Spock.
L’Europa ha come obiettivo la creazione di una rete internet quantistica continentale
Quattordici anni fa un fisico italiano propose all’agenzia spaziale italiana di costruire un satellite che poteva scambiare fotoni (le particelle che compongono la luce) e idoneo per le comunicazioni quantistiche. Non se ne fece nulla.
La Cina invece ci ha creduto e messo a disposizione dei ricercatori enormi quantità di risorse e sei anni fa ha lanciato nello spazio un satellite Micius sul quale sono montati gli strumenti per l’ottica quantistica.
Oggi il mercato e grandi gruppi sono interessati allo scambio Terra/Spazio di chiavi quantistiche crittografiche che rappresentano il massimo della sicurezza per il trasferimento dei dati.
Enormi investimenti si stanno effettuando sulle tecnologie quantistiche: Google, Ibm, Intel e Microsoft, Siemens, Bosch, Atos, Toshiba, Volkswagen tutti impegnati in centri di ricerca creati ad hoc per le tecnologie quantistiche.
Foto di Gerd Altmann da Pixabay
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