Le tecnologie quantistiche ci danno forti emozioni, su questo non c’è dubbio. Google nell’ottobre del 2019 ha dichiarato di aver raggiunto la supremazia quantistica perché uno dei suoi team di ricerca con un computer quantistico era riuscito a risolvere in soli 200 secondi un problema che avrebbe richiesto 10.000 anni per essere risolto con un classico supercomputer.
La pietra miliare di Google a distanza di mesi è ancora oggetto di discussione da parte di alcuni ricercatori concorrenti, ma ciò che è davvero interessante è che mette sul tavolo l’enorme potenziale che non solo ha il calcolo quantistico in particolare, ma le tecnologie quantistiche in generale.
È un campo di studio che non ha solo applicazioni nel calcolo rigoroso: alcuni dei fenomeni sorprendenti che governano il mondo quantistico, il mondo del piccolissimo, delle particelle, possono anche essere usati per altre cose, una di queste applicazioni è quella di trasmettere messaggi crittografati attraverso reti di comunicazione impossibili da violare. Avere questa tecnologia è cruciale per le grandi potenze mondiali, ha indotto gli Stati Uniti, l’Unione Europea e la Cina a intraprendere una corsa per essere il primo a mettere a punto la propria infrastruttura di comunicazione quantistica su larga scala. Il paese asiatico al momento è in prima posizione.
Che cosa ha realizzato la Cina e perché è importante
Il team di ricercatori cinesi ha pubblicato un articolo sulla prestigiosa rivista scientifica Nature, descrive la procedura che ha permesso loro di trasmettere un messaggio criptato inattaccabile tra le città di Delingha e Nanshan in Cina, due stazioni terrestri separate da una distanza di 1.120 chilometri. I ricercatori per renderlo possibile, hanno utilizzato una proprietà essenziale dei sistemi quantistici: l’interlacciamento. È un fenomeno che non ha equivalenti nella fisica classica, consiste nel fatto che lo stato dei sistemi quantistici o delle particelle coinvolte, che possono essere due o più, è lo stesso. Ciò significa che questi oggetti sono in realtà parte dello stesso sistema, anche se sono fisicamente separati.
La distanza in realtà non ha importanza, se due particelle, oggetti o sistemi si intrecciano attraverso questo fenomeno quantistico, quando misuriamo le proprietà fisiche di uno di essi condizioneremo istantaneamente le proprietà fisiche dell’altro sistema con cui è intrecciato, anche se si trova dall’altra parte dell’Universo. È vero questo fenomeno sembra fantascienza, ma per quanto strano e sorprendente possa sembrarci, è stato empiricamente provato, infatti, se i computer quantistici non esistessero davvero, non funzionerebbero, e questi scienziati cinesi non avrebbero raggiunto ciò che hanno documentato.
Il sistema di comunicazione quantistica è già stato utilizzato in precedenza dagli Stati Uniti, l’Unione Europe, e forse qualche altro, ma la Cina è andata oltre, è riuscita a garantire la totale invulnerabilità delle sue comunicazioni (almeno questo è quanto hanno affermato i ricercatori asiatici nel loro articolo pubblicato su Nature).
La distanza in questo contesto è fondamentale perché per sviluppare una rete di comunicazione quantistica globale, che è l’obiettivo finale a cui tutte le potenze aspirano, questa tecnologia deve funzionare perfettamente su distanze molto lunghe. La procedura che hanno utilizzato è molto ingegnosa: impiegano sistemi quantistici per generare chiavi private in diversi punti del pianeta inviando loro fotoni interlacciati emessi da Micius, un satellite che orbita intorno alla Terra ad un’altitudine di 500 o 600 chilometri. La tecnologia sembra molto complicata, ma se ignoriamo i dettagli tecnologici più complessi non è difficile capire come funziona, in effetti, i fotoni interlacciati che il satellite invia alle stazioni di Terra non codificano il messaggio criptato, ciò che contengono è la chiave che permette di decifrare il messaggio quando è stato prelevato a destinazione. Effettivamente, il messaggio può essere inviato da un punto all’altro utilizzando qualsiasi altro canale di comunicazione.
Il cuore di questa tecnologia sta nel fatto che ogni coppia di fotoni ad incastro codifica un bit di informazioni chiave. Il loro interlacciamento garantisce che se uno dei fotoni è alterato, a esempio, perché qualcuno è riuscito a osservarlo, le sue proprietà fisiche cambiano istantaneamente, interrompendo l’interlacciamento, quindi il messaggio criptato non può essere violato. Il limite più grande che questa tecnologia è la non facilità del trasferimento di fotoni su distanze molto lunghe, quindi il fatto che la comunicazione tra il satellite Micius e le stazioni di Terra cinesi abbia funzionato correttamente è un risultato importante. C’è sicuramente molto altro da fare per implementare una rete globale di comunicazioni quantistiche, ma sembra che lo sforzo della Cina in particolare stia dando i suoi frutti.
L’Italia è riuscita a portare a termine il suo primo test di comunicazione quantistica. Le informazioni hanno viaggiato lungo una porzione di 40 chilometri della dorsale in fibra ottica realizzata dall’Inrim, che si estende per 1.800 chilometri da Torino a Matera).
L’Unione Europea ha anche lanciato il progetto denominato “Iniziativa di comunicazione quantistica dell’Unione Europea”, a cui partecipa la Spagna, mira a creare reti di crittografia quantistica per le infrastrutture. Curiosamente, questa tecnologia è nata in Europa, un decennio fa il nostro continente aveva un vantaggio scientifico molto chiaro in questo campo, ma l’abbiamo perso. Gli Stati Uniti e, soprattutto, la Cina, stanno assumendo un ruolo guida in questo settore, quindi è chiaro che l’Unione Europea deve investire se vuole recuperare il ritardo per non rimanere indietro come è accaduto nel campo della microelettronica.
