Sono uno dei soci di una piccola impresa familiare produttrice di mobili. Qualche anno fa, ho fatto montare dei pannelli solari sul tetto della struttura che utilizziamo come fabbrica e magazzino. Documentandomi, avevo appreso diverse informazioni a riguardo e fui sorpreso nello scoprire che è la fisica quantistica a regolare il loro funzionamento!

Chi avrebbe mai pensato che la tecnologia quantistica mi avrebbe aiutato a risparmiare denaro e allo stesso tempo a salvare il pianeta?

Sono molto emozionato: ho appena vinto una borsa di studio per poter frequentare il master in scienze e tecnologiche quantistiche a Barcellona.

Oltre ad approfondire lo studio della fisica quantistica, getterò le basi per la mia carriera in un campo che, essendo in continua espansione, promette di dare forma alle tecnologie future.

Questo non è tutto: questa borsa di studio mi permetterà anche di conoscere una cultura ed un paese nuovi.

Insegno fisica alle scuole superiori. Mi preoccupa la poca cultura scientifica che si osserva nella maggior parte della gente. Ci sono sempre più truffe “pseudo-scientifiche”, che, usando impropriamente termini tecnici, approfittano della disinformazione e della mancanza di spirito critico dilaganti e sottraggono denaro alle persone. No, i medici quantistici non esistono! La scienza non è magia! Mi sto impegnando a far capire ai miei studenti concetti scientifici di base per insegnare loro ad analizzare con un atteggiamento critico le informazioni che gli arrivano durante la vita di tutti i giorni.

La velocità di una pallina da tennis è data dalla sovrapposizione di una componente orizzontale e di una componente verticale.

Con le particelle quantistiche possiamo dare origine a sovrapposizioni ancora più sorprendenti, come per esempio un atomo in uno stato eccitato e non eccitato allo stesso tempo, o una particella che segue due percorsi simultaneamente.

Applicazioni: calcolo (accelera enormemente il tempo necessario a risolvere determinati problemi); crittografia (permette comunicazioni ultrasegrete).

I risultati di una misurazione sono probabilistici. Ciò vuol dire che non abbiamo modo di sapere cosa accadrà quando misuriamo una singola particella. Tuttavia, possiamo calcolare accuratamente la probabilità di ogni possibile risultato.

Applicazioni: numeri casuali. Infatti questo è il solo modo per ottenere numeri del tutto casuali. I numeri aleatori vengono utilizzati in crittografia ed in simulazioni di sistemi complessi (es. mercato finanziario, predizioni meteorologiche, ecc.).

Quside, una start-up nata da ICFO, ha inventato un generatore di numeri casuali basato sulla fisica quantistica.

I piccoli cambiamenti che la luce subisce quando attraversa dei materiali possono aiutarci a misurare con grande precisione molte caratteristiche del mondo che ci circonda, come distanza e temperatura.

L’ICFO sta lavorando per produrre sensori sempre più resistenti per misurare la temperatura e i campi elettrici in condizioni estreme, come in un incendio.

Stiamo anche studiando come costruire sensori ultra sensibili grazie alle proprietà della fisica dei quanti, come per esempio delle bilance che possono rilevare la presenza di un semplice atomo grazie a nanotubi di carbonio o atomi freddi che potrebbero misurare i piccoli campi magnetici generati dal cervello.

Foto: Prototipo di un sensore quantico ultrasensibile per la rilevazione di campi magnetici.

I punti quantici sono nanoparticelle caratterizzate dalla singolare proprietà di emettere e assorbire specifici colori (lunghezze d’onda)della luce. Cambiandone grandezza e composizione, si può modificare il rango di colori assorbiti o emessi.

Applicazioni: i punti quantici sono utilizzati nei marcatori macromolecolari, nella microscopia e nel calcolo, vengono inoltre impiegati per migliorare l’efficienza di celle fotovoltaiche e LED.

Esistono già televisori a LED che funzionano grazie ai punti quantici.

La scienza e la tecnologia hanno migliorato e continuano a migliorare la qualità della nostra vita. Tuttavia, esistono molte sfide importanti ed urgenti a cui la ricerca non è in grado di dare una risposta diretta e rapida. Forse dovremmo concentrare i nostri sforzi ed il nostro impegno sulla riduzione della disuguaglianza sociale, della disoccupazione, della fame e della povertà. Oppure scienza e tecnologia possono aiutare anche in questi settori?

Non è facile predire quando una determinata tecnologia sarà disponibile all’ uso. Per esempio, la fusione nucleare da anni sembra essere a punto di risolvere il problema dell'approvvigionamento energetico, ma ci sono sempre problemi tecnici imprevisti che ci allontanano dalla sua implementazione. D'altro canto, alcune tecnologie, come per esempio i laser, sono derivate dalla curiosità riguardo questioni fondamentali, come ad esempio l'interazione tra fotoni e materia, senza avere un'applicazione specifica in mente.

Con quale criterio possiamo quindi selezionare quei campi di ricerca che ci porteranno i maggiori benefici?

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.