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.

Sto finendo la scuola superiore e devo decidere cosa fare in futuro. Mi sono sempre piaciute le scienze, ma non so che disciplina studiare all’università. Recentemente ho scoperto i progressi riguardanti  la fisica quantistica e mi sembrano molto promettenti. Non vedo l’ora di partecipare allo sviluppo della conoscenza scientifica! ​

In un certo senso, fare scienza è come esplorare un mondo tutto da scoprire.​

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.

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).

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.

La fisica quantistica descrive il mondo sia a livello atomico che molecolare: negli ultimi anni, la comunità scientifica ha cercato di sfruttare i fenomeni su scala microscopica per creare nuove tecnologie. Le tecnologie quantistiche dovrebbero migliorare il modo in cui vengono studiati alcuni sistemi fisici, la sicurezza delle comunicazioni, la velocità di calcolo e l'accuratezza dei sensori. Grazie ai gruppi impegnati in questi campi di ricerca, l’ICFO sta unendo i propri sforzi a quelli di altri centri e società, ricoprendo un ruolo attivo sia nelle reti locali (Piano Complementario - Comunicazioni Quantistiche) sia in quelle internazionali (European Quantum Flagship), che mirano ad accelerare l’arrivo di queste tecnologie nella società.

L’imaging a risonanza magnetica funziona grazie all’interazione fra alcune particelle presenti nel nostro corpo (atomi di idrogeno) e campi magnetici molto intensi.

Questa tecnica è ampiamente usata in medicina per ottenere immagini di tessuti molli, come articolazioni e tendini.

Inoltre, è molto utile per acquisire immagini dettagliate del cervello che rendono possibile l’identificazione di aneurismi e tumori.

In linea di principio, la fisica quantistica fornisce protocolli teorici che sono invulnerabili agli attacchi informatici. Ciò nonostante, alcuni scienziati sono riusciti a violare la sicurezza dei protocolli quantici esistenti a causa dei difetti nella loro implementazione. Data l’insita imperfezione di qualsiasi produzione umana, possiamo fare completo affidamento sulle previsioni teoriche riguardanti applicazioni tecnologiche?​

Negli anni ‘60, la maggior parte delle ipotesi futuristiche riguardo gli anni 2000 includevano le automobili volanti. Ora, più di 20 anni dopo, le nostre aspettative riguardo al futuro sono cambiate notevolmente.

E’ sensato ascoltare chi ci promette che il loro settore di studi ci porterà la tecnologia del futuro? Possiamo veramente fare previsioni sul futuro della scienza e della tecnologia?

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.