Le strane proprietà della fisica quantistica mi hanno intrigato al punto che ne ho fatto l’oggetto della mia tesina. Non è facile trovare informazioni dettagliate su questo argomento, così ho contattato gli scienziati dell’ICFO, che mi hanno consigliato cosa studiare e mi hanno aiutato a chiarire molti dei miei dubbi. Non ho solo imparato molto sulle tecnologie quantistiche emergenti, ma il mio progetto ha anche vinto il premio al miglior progetto della scuola!

Molte persone cercano di capire quale sia l’interpretazione della fisica quantistica più corretta e quale descriva meglio il mondo in cui viviamo. Ritengo che questo problema sia veramente irrilevante, dal momento che il successo della fisica quantistica sta nell’aver predetto molti fenomeni che sono stati poi comprovati in laboratorio. In conclusione, questa è l'unica maniera utile di avanzare e fare progressi!

Sono una biochimica, studio le nuove sostanze che potrebbero diventare medicine per sconfiggere le malattie attualmente incurabili. Una delle parti più laboriose del processo di sviluppo di nuovi farmaci è scoprire gli effetti che potrebbero avere sugli organismi. Con il progressivo sviluppo dei computer quantistici potremmo migliorare significativamente i nostri programmi di simulazione, riducendo drasticamente il bisogno di sperimentare sugli esseri viventi.

Le particelle quantistiche si comportano in modo simile alle onde della fisica classica, quindi potremmo creare delle tecnologie basate su fasci di materia (atomi), analoghe a quelle che già abbiamo per dei fasci di luce.

Esempi: laser, interferometri (dispositivi per misurazioni), lenti e specchi atomici, etc.

Il vantaggio è che questi dispositivi sarebbero molto sensibili alle perturbazioni gravitazionali e agli effetti inerziali, risultando utili, ad esempio, nella costruzione di accelerometri (sensori che rilevano cambiamenti di posizione, applicati in smartphones e tablet).

In alcuni esperimenti, non è possibile distinguere la traiettoria che la particella ha seguito: è come se ne stesse percorrendo due contemporaneamente! Quello che possiamo osservare è l’effetto dell’interferenza tra le due traiettorie.

Se blocchiamo uno dei possibili percorsi, non rileviamo più l’interferenza, anche se la particella ha viaggiato lungo il percorso senza ostacoli. È come se sapesse cosa sta avvenendo nell’altro percorso senza essere passata di lì.

Applicazioni: rilevare e/o osservare oggetti senza interagire con essi.

Grazie al principio di sovrapposizione e all’entanglement, un computer con bit quantistici (qubits) può risolvere molto più velocemente alcuni problemi fondamentali, come la fattorizzazione (molto importante per la crittografia di oggi!), problemi di ottimizzazione e simulazioni. In questi casi, persino le tecnologie odierne più potenti impiegherebbero milioni di anni per calcolarli.

I computer quantistici estistono già, ma tuttavia non dispongono di un numero sufficiente di qubit per sostituire i calcolatori tradizionali.

Non è possibile misurare due osservabili incompatibili, come la posizione e la velocità di una particella, contemporaneamente e con precisione arbitraria.

Ciò si conosce anche come principio di indeterminazione di Heisenberg.

Più preciso è il valore di un’osservabile, più incerto sarà quello della sua complementare. Per esempio, se conosco la posizione di una particella con molta precisione, allora la sua velocità sarà altamente indeterminata.

Applicazioni: sensori. Possiamo usare questa proprietà per ottenere misure ultra-sensibili di campi magnetici o gravitazionali.

In molte occasioni, nel corso della storia della scienza, una nuova teoria ha sostituito una più antica: l’eliocentrismo ha soppiantato il geocentrismo, l’evoluzionismo ha soppiantato il catastrofismo e le teorie di Lamarck.

Nessuno, quindi, può essere sicuro che ciò non possa avvenire anche per la fisica quantistica. Dobbiamo allora preoccuparci che tutti gli sforzi che stiamo facendo adesso in questo campo saranno un giorno vani? Oppure possiamo tirare avanti con tranquillità, dato che la teoria attuale funziona per il momento, ossia ci permette di fare previsioni e sviluppare nuove tecnologie?

Siamo abituati al fatto che misurare non cambia per nulla le proprietà degli oggetti, ma a livello quantistico, misurare può modificare le proprietà di ciò che si sta misurando. Infatti,  se la particella è in una sovrapposizione di due stati, la misura la fa collassare e come risultato ne osserviamo solo uno e ben definito.
Se non siamo in grado di evitare gli effetti della nostra presenza come osservatori del sistema, come possiamo conoscere qualcosa davvero?

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.