ELENA DUSI, la Repubblica 25/4/2016, 25 aprile 2016
LA FISICA POP
È un po’ come in Alice nel paese delle meraviglie. Più si diventa piccoli, più la materia si comporta in maniera bizzarra. Con la differenza che l’Unione Europea ha deciso di stanziare un miliardo di euro per quelle buffe leggi della meccanica quantistica secondo cui un elettrone può trovarsi contemporaneamente in due luoghi, un fotone è insieme onda e particella, un atomo sa essere “bianco” e “nero” allo stesso momento. I minuscoli mattoni della realtà, governati da queste teorie della fisica, riescono a saltare barriere e ad attraversare tunnel di energia. A volte si legano ai loro simili, anche lontanissimi, fino al punto di diventare indistinguibili. E oggi tra un’acrobazia e una piroetta, quasi senza farsene accorgere, le particelle danzanti sono atterrate al centro del nostro mondo.
La Commissione Europea il 19 aprile ha deciso di staccare l’assegno per la ricerca scientifica più grande che ha — un miliardo di euro in dieci anni per un progetto “flagship” che partirà nel 2018 — per le applicazioni delle tecnologie quantistiche. «Il nostro appello è stato accolto. Quando lo abbiamo saputo siamo rimasti estasiati» racconta Tommaso Calarco, direttore del Centro per le scienze e le tecnologie quantistiche dell’università di Ulm e Stoccarda, autore a marzo con alcuni colleghi del “Quantum Manifesto”. L’appello firmato da 3mila scienziati chiedeva proprio alla Commissione di impegnarsi per mantenere l’Europa — il continente in cui la meccanica quantistica è stata teorizzata un secolo fa — all’avanguardia anche nelle sue applicazioni tecnologiche.
Microsoft, Google, Intel, la Nasa, Ibm, Lockheed Martin — solo per citare le più grandi fra le realtà americane — investono da anni per cercare di tagliare per prime il traguardo della costruzione di un computer quantistico. La Cina, interessata al fatto che le comunicazioni quantistiche sono impossibili da intercettare, sta completando una linea di trasmissione sicura di 2mila chilometri tra Pechino e Shanghai. «Stessa cosa hanno fatto gli Stati Uniti attorno a Washington» aggiunge Calarco. «Mentre l’Italia ha già pronto un collegamento fra Torino e Novara».
Il premier canadese Justin Trudeau, domenica scorsa, stava annunciando un analogo finanziamento governativo quando un reporter spiritoso gli ha chiesto se sapesse di cosa si parlava. Il giovane primo ministro, tutt’altro che imbarazzato, si è esibito in una spiegazione di come funziona un computer quantistico da manuale, invadendo la rete con il suo video.
Pochi giorni prima — per unire l’utile al dilettevole — Nature aveva pubblicato i risultati di un videogioco (Quantum Moves) programmato per seguire le regole della meccanica quantistica. Nel cercare di ottenere il punteggio più alto, i giocatori hanno contemporaneamente suggerito a un gruppo di scienziati danesi come realizzare circuiti più efficienti. «Rendere il gioco divertente per i giocatori e utile per gli scienziati è un’impresa tutt’altro che banale» spiega Sabrina Maniscalco, radici a Mazara del Vallo e un lavoro come direttrice dell’Istituto di fisica teorica presso il Centro di fisica quantistica dell’università di Turku in Finlandia. «Ma gli appassionati di videogame sono abituati a calarsi in mondi irreali e per loro le regole controintuitive della meccanica quantistica non rappresentano un problema. Sanno trovare soluzioni più originali di molti scienziati ».
Che la meccanica quantistica abbia le carte in regola per diventare una materia popolare è dimostrato anche dal successo dei corsi online organizzati dalla Sapienza di Roma, raccontati nell’intervista qui accanto e nati per spiegare ai non addetti ai lavori un mondo così inconciliabile con la nostra esperienza quotidiana.
“Tutti quelli che non restano shockati dalle teorie quantistiche non le hanno capite”» diceva in effetti uno dei padri fondatori, il fisico danese Niels Bohr circa un secolo fa. Ma è anche vero, sostiene oggi il premio Nobel per la fisica americano William Phillips, che domare queste teorie bizzarre per ricavarne computer, sensori o strumenti per le telecomunicazioni permetterà di fare un salto di qualità incommensurabile: “Molto più del passaggio dall’abaco al computer”.
«Irrealizzabile? No che non lo è» sostiene Calarco. «I frutti della prima rivoluzione quantistica li abbiamo già in tasca. Sono i telefonini, i laser, le fibre ottiche con cui carichiamo in un attimo le nostre foto su Facebook. Ma ora è la seconda rivoluzione che ci attende. Sappiamo trasmettere informazioni inviando miliardi di elettroni o di fotoni. Dobbiamo imparare a farlo inviandone uno alla volta. Lo stesso Schroedinger, uno dei padri della teoria quantistica, pensava che fosse più facile allevare dinosauri in uno zoo. Oggi invece abbiamo dimostrato che è possibile».
La sicurezza è uno dei vantaggi. «Per fare una telefonata vengono inviati miliardi di miliardi di fotoni» continua Calarco. «Se un’agenzia di spionaggio ne cattura un miliardo per intercettare il messaggio, nessuno se ne accorge. Ma se comunichiamo usando un solo fotone alla volta, ci accorgeremmo subito di un’eventuale interferenza».
Le singole particelle, capovolgendo il concetto, sarebbero abilissime nello “spiare” l’ambiente in cui si muovono. Permettendo di creare orologi atomici ancora più precisi o sensori che misurano difetti nella materia o minuscole variazioni del campo magnetico o gravitazionale. «In medicina — prosegue Calarco — potremmo ad esempio captare il campo magnetico di un singolo neurone». I computer quantistici, da parte loro, funzionano “intrappolando” atomi e sfruttando la loro facoltà di essere “zero”, “uno” (e centomila) allo stesso istante. «Le barriere nella capacità di calcolo che abbiamo oggi verrebbero polverizzate» spiega Maniscalco. «E qualsiasi settore che usa i computer sarebbe rivoluzionato. Pensiamo alla possibilità di simulare le proprietà di nuovi materiali o nuove medicine prima ancora che vengano realizzati».
Al momento però gli atomi sono abilissimi a sfuggire alle nostre trappole. I prototipi dei computer quantistici realizzati fino a oggi non sono mai riusciti a usare più di 10-15 atomi alla volta. Per questo è essenziale che le loro operazioni si svolgano il più rapidamente possibile. L’Unione Europea ha concesso i finanziamenti. E i campioni di Quantum Moves hanno suggerito quali strade seguire.
ELENA DUSI, la Repubblica 25/4/2016