Ora il teletrasporto non è più fantascienza

Nelle opere di fantascienza una delle cose che più stimola la nostra attenzione è certamente il teletrasporto quantistico, reso celebre dalla serie televisiva “Star Trek”. Secondo la narrativa fantascientifica, il teletrasporto consentirebbe il trasferimento istantaneo di un oggetto o di un essere vivente da un luogo ad un altro senza che nulla viaggi nello spazio intermedio. Anche se in questi termini il teletrasporto non è possibile, esso è tuttavia una realtà e rappresenta uno dei fenomeni più affascinanti e sorprendenti. È una delle scoperte più rivoluzionarie della fisica moderna, già sperimentata in laboratorio, che apre prospettive inimmaginabili nel campo emergente delle tecnologie quantistiche quali l’elaborazione quantistica dei dati, la trasmissione sicura di informazioni, il futuro internet quantistico.

Tutto ebbe inizio nel 1927

Ma come è possibile questo straordinario e misterioso fenomeno? Possiamo darne una idea intuitiva semplicemente partendo da una proprietà fondamentale della meccanica quantistica, la teoria emersa come superamento della fisica classica e sviluppata circa 100 anni or sono. Va ricordato che la costruzione del grandioso edificio della meccanica quantistica ha vissuto un momento importante proprio a Como nel 1927, in occasione del congresso mondiale dei fisici in onore del centenario della morte di Alessandro Volta.

A differenza della fisica classica, che descrive il comportamento di oggetti che sono parte della nostra esperienza quotidiana, la meccanica quantistica governa il comportamento di oggetti del mondo microscopico come atomi, elettroni, fotoni. In questo mondo microscopico, invisibile ai nostri occhi, vale una proprietà quasi magica: “l’entanglement”, così estraneo alla nostra comprensione che lo stesso Einstein lo definì “spooky action at a distance” (azione spettrale a distanza). L’ entanglement, che possiamo tradurre in italiano come ‘intreccio’, sfida la nostra idea di causalità, è contro la nostra intuizione, ma è sperimentalmente verificato nei laboratori di fisica: una volta che due particelle sono entrate in contatto tra loro, si ‘intrecciano’ e rimangono in contatto per sempre, anche se le separiamo in luoghi molto lontani tra loro. Una misura su una particella determina istantaneamente lo stato dell’altra, non importa quanto lontane siano tra loro. In sostanza, pur essendo lontane, non è possibile interagire con una senza che l’altra ne risenta. Questo fatto è alla radice del teletrasporto che, semplificando molto, funziona così: supponiamo che Alice, che si trova sulla Terra, sia in possesso di un oggetto A che è entangled con un oggetto B posseduto da Bob che si trova sulla luna. Supponiamo che Alice sia in possesso anche di un oggetto T che vuole teletrasportare a Bob. È possibile? Ecco come fare: Alice mette in contatto tra loro i due oggetti A e T in suo possesso. Comunica il risultato della sua operazione a Bob. A questo punto, siccome gli oggetti sono entangled, si può intuire come Bob possa operare sull’ oggetto B in suo possesso in modo che le proprietà di T vengano trasferite a B. Con questo l’ oggetto T nelle mani di Alice perde le sue proprietà originali. In pratica questo vuol dire che ora Bob si trova in mano l’oggetto T che pertanto non è più in possesso di Alice.

Il teletrasporto quantistico, proposto teoricamente nel 1993, nel giro di pochi anni venne realizzato in laboratorio. Nel tempo, i ricercatori hanno ampliato la distanza del teletrasporto da pochi centimetri a diversi chilometri di fibra ottica, e persino a decine di chilometri nello spazio aperto. Nel 2017, da parte del gruppo di Jian-Wei-Pan della università cinese di scienza e tecnologia di Hefei, sono stati realizzati esperimenti di teletrasporto da terra a satellite usando fotoni entangled su distanze fino a 1400 km, aprendo così la strada alla possibilità di reti globali di comunicazione quantistica. (Questo è anche un segnale su dove, probabilmente, sarà il baricentro delle future tecnologie quantistiche). Sebbene siamo ancora lontani dal teletrasporto di persone o oggetti fisici, il fatto che il teletrasporto quantistico funzioni - e stia migliorando - ha spalancato nuove frontiere per le comunicazioni sicure e il trasferimento di dati quantistici.

Applicazioni potenziali

Ci limitiamo qui a citare due possibili applicazioni già in fase di concreta realizzazione.

1) La “crittografia quantistica”. Il teletrasporto quantistico permette di definire protocolli per la trasmissione sicura di informazione. Esso è in grado di creare e distribuire chiavi infrangibili per la decriptazione dei messaggi. Mentre, da un lato, i calcolatori quantistici saranno in grado di rompere gli attuali codici crittografici, rendendo così vulnerabili i metodi di crittografia oggi comunemente usati (messaggi internet, carte di credito ecc.), d’altro lato, eventuali tentativi di intercettazione di messaggi quantistici diventeranno immediatamente rilevabili.

2) Il “calcolo quantistico”. Il teletrasporto gioca un ruolo chiave nel trasferimento dell’informazione quantistica all’interno di un processore quantistico che sarà in grado di eseguire calcoli a velocità inarrivabili per i computer classici.

Ma c’è un’altra possibilità straordinaria, forse non nota anche agli appassionati di fantascienza: il teletrasporto quantistico “di energia”, cioè il trasferimento di energia da un luogo ad un altro senza passaggio di particelle o di onde. Questo fenomeno, la cui prima realizzazione sperimentale è avvenuta in un laboratorio canadese nel 2023, può essere utilizzato per una efficiente distribuzione di energia nelle reti di comunicazione quantistiche o per le future “batterie quantistiche”. Come si può intuire tutto questo getta le basi per una futura rivoluzione tecnologica che è alle porte. I problemi ancora da risolvere sono molti ed estremamente complessi. La difficoltà principale è che i sistemi quantistici sono estremamente delicati e devono essere mantenuti isolati dall’ambiente circostante; ma in questo momento nelle università e nei centri di ricerca di tutto il mondo c’è un grande sforzo collettivo per la risoluzione di questi problemi per cui è possibile che avverranno cambiamenti radicali prima che ce ne rendiamo conto.