Gestisco un’azienda internazionale di telecomunicazioni. Recentemente, al Mobile World Congress, ho incontrato alcune persone che lavoravano in diversi istituti di ricerca europei.

Mi hanno spiegato che il comportamento degli atomi e dei fotoni potrebbe rivoluzionare l’ambito delle comunicazioni, per esempio migliorando la gestione della sicurezza dei dati.

Quando sono tornato a casa, ho chiesto agli ingegneri della nostra azienda di studiare come la fisica quantistica potrebbe giovare ai nostri affari.

Lavoro per un’azienda che progetta e costruisce laser, dai piccoli puntatori che si possono acquistare più o meno ovunque, ai laser industriali di precisione, che possono tagliare tutti i tipi di materiali o addirittura saldare metalli. Inoltre, fabbrichiamo i laser utilizzati nelle sale operatorie per eseguire interventi chirurgici di precisione.

Un’unica tecnologia che deriva dalle interazioni quantistiche tra luce e materia è all’origine di molte applicazioni.

Senza la fisica quantistica, non potremmo comprendere la medicina moderna. All’ospedale dove lavoro come medico, usiamo spesso gli apparati di risonanza magnetica per individuare tumori e altri tipi di patologie. La fisica quantistica è la chiave per capire i processi alla base di queste tecnologie. Inoltre, i laser (un’altra tecnologia quantistica) sono diventati strumenti essenziali per la chirurgia di alta precisione. Questi sono solo due esempi di come la fisica quantistica possa aiutare la medicina!

Ogni giorno condividiamo una grande quantità di informazioni private (personali, finanziarie o dati sanitari) che potrebbero essere intercettate: i protocolli crittografici che al momento le proteggono non funzionerebbero con computer più potenti di quelli attuali.

Una soluzione potrebbe provenire dalla fisica quantistica, che permette elaborare protocolli crittografici che possano resistere agli attacchi di qualsiasi computer (presente o futuro). Integrare i sistemi di crittografia quantistica nell’attuale rete di telecomunicazioni presenta diverse sfide tecnologiche: risolverle è l'obiettivo di CiViQ. Si tratta di un progetto dell’European Quantum Flagship che l’ICFO coordina e che coinvolge altri centri di ricerca, università e grandi e piccole aziende, incluse le start-up Quside e LuxQuanta che l’ICFO ha fondato recentemente.

Foto: Uno dei laboratori dell’ICFO si stanno sviluppando tecnologie di crittografia quantistica.

Stanno emergendo nuove tecnologie quantistiche che promettono di rivoluzionare il mondo dell'informazione e della comunicazione: per sviluppare appieno questo potenziale, l'Unione Europea sta pianificando la costruzione di una infrastruttura per comunicazioni quantistiche, che permetterebbe di connettere dispositivi quantistici per poi arrivare a formare una rete internet quantica. Tale infrastruttura farà uso dell'attuale rete di fibra ottica per le connessioni di breve e media distanza, combinandola con satelliti per coprire le distanze più grandi. Non solo i dati più sensibili, come informazioni personali, finanziarie e governative, ma anche i dati della rete elettrica, del traffico aereo e del sistema sanitario, potranno essere protetti grazie alla fisica quantistica.

Foto: Nubi di atomi freddi in uno dei laboratori dell’ICFO.

Immagina una pallina in una ciotola. Potrà uscire dal contenitore solo se la spingiamo con energia sufficiente; in caso contrario, arriverà a una certa altezza e poi ricadrà sul fondo.

Su scala quantistica, le particelle possono superare determinate barriere anche se non hanno abbastanza energia. È come se un tunnel permettesse loro di attraversare tale barriera senza impiegare energia (effetto tunnel).

Applicazioni: microscopia elettronica (una sottile punta metallica viene posta vicino a una superficie e “strappa” elettroni grazie all’effetto tunnel).

La fisica dei quanti ci ha permesso di capire meglio le proprietà di molti materiali, come i semiconduttori, ma ci sono ancora tanti aspetti che non comprendiamo pienamente, dato che i calcoli che dovremmo compiere per studiarli sono troppo complessi anche per i computer più potenti. ​

In attesa dell’arrivo di computer quantistici commerciali, possiamo iniziare ad usare sistemi quantistici più semplici, che possono essere rigorosamente controllati in laboratorio, come ad esempio le nuvole di atomi freddi, il cui comportamento è analogo a quello dei sistemi complessi che noi vogliamo studiare.​

Si tratta di simulatori quantistici che promettono di aiutarci a studiare le proprietà di materiali con importanti potenziali applicazioni tecnologiche, come ad esempio i superconduttori.​

Alcune predizioni di teorie scientifiche possono richiedere anni di ricerca e sperimentazione prima di essere confermate. Ad esempio, ci vollero più di 40 anni per passare dalla formulazione teorica dei laser alla loro fabbricazione. Passò più meno lo stesso tempo tra l’ipotesi dell’esistenza del bosone di Higgs e la sua rivelazione. ​

E se avessero gettato la spugna molti anni prima e queste scoperte non fossero mai avvenute? Fino a che punto vale la pena investire denaro ed energie per confermare una teoria quando ci sono questioni sociali che hanno bisogno di investimenti immediati?​

È importante tenersi informati sui progressi scientifici, così da poter esprimere opinioni ponderate sulle notizie riportate dai mass media, dalla pubblicità, social network, ecc. per evitare raggiri od equivoci. ​

A volte, però, le informazioni provengono da fonti pseudoscientifiche di dubbia affidabilità. Come giostrarsi in questo mare di informazioni spesso dubbie?​

Le loro applicazioni in tutti i campi dell'attività umana cambieranno radicalmente le nostre vite, come hanno fatto tanto tempo fa l'elettricità e l'elettronica. Dobbiamo investire il più possibile nel loro sviluppo, affinché possano essere messi in commercio il prima possibile.

Non dobbiamo lasciarci ingannare da promesse illusorie. Abbiamo fatto molta strada con le tecnologie classiche e abbiamo ancora molta strada da fare: manteniamo l'attuale investimento nelle tecnologie quantistiche. Lasciamo che le persone esperte facciano il loro lavoro e continuino a fare ricerca, concentrandosi a mantenere e migliorare le tecnologie che già abbiamo.

La ricerca in fisica quantistica e le sue applicazioni sono positive, ma in questo momento abbiamo altri problemi molto più importanti e urgenti, come la fame, la povertà, le guerre e il terrorismo. Continuiamo a fare ricerche, ma investiamo i nostri soldi nella ricerca di soluzioni ai grandi problemi che la nostra società deve affrontare oggi.

Le tecnologie quantistiche sono molto promettenti, ma per poterle rendere efficaci è necessaria una solida comprensione dei loro fondamenti. Investire nella ricerca fondamentale è indispensabile: una migliore comprensione dei fondamenti della fisica quantistica porterà naturalmente allo sviluppo delle sue applicazioni.