Super tecnologia. La sfida è il salto quantico

La fisica moderna sta cercando di utilizzare le leggi della meccanica quantistica per aprire la strada a nuove prospettive, i ricercatori si sono posti l’ambiziosa sfida di sviluppare tecnologie inedite che, partendo proprio dai principi quantistici, siano in grado di superare i limiti e le prestazioni delle più avanzate soluzioni e metodologie odierne. Ne abbiamo parlato con Fabio Pezzoli, professore associato di Fisica Sperimentale della Materia all’Università di Milano-Bicocca, membro del Bicocca Quantum Technologies Centre e del National Quantum Science and Technology Institute.

Si tratta di calcolatori che sfruttano alcune leggi fondamentali della meccanica quantistica per eseguire i calcoli. Leggi che si manifestano osservando la materia a livello atomico o delle particelle elementari, fenomeni e regole che non conosciamo nella vita quotidiana, perché siamo abituati a ciò che succede su scale molto più grandi, dove questi meccanismi non si vedono. L’idea alla base della computazione quantistica è usare queste regole per simulare la natura stessa. La natura elabora informazioni secondo le leggi quantistiche in modo molto più efficiente di quanto possiamo fare noi, anche con i computer più potenti di oggi. Una delle idee su cui si pensa di poter lavorare per realizzare i calcolatori quantistici è lo sfruttamento del cosiddetto principio di sovrapposizione.

Nella vita di tutti i giorni un oggetto si trova in un posto oppure in un altro, il mio telefono o è con me nella stanza oppure l’ho dimenticato in cucina. Nel mondo quantistico invece, una particella può trovarsi in più posti contemporaneamente. Questo succede perché a livello atomico le particelle si comportano un po’ come onde e un po’ come particelle, non hanno sempre una posizione o uno stato ben definito finché non le osserviamo. Proprio questa possibilità di essere in più stati o posizioni allo stesso tempo permette di esplorare più percorsi o soluzioni contemporaneamente. Mentre i computer tradizionali elaborano le informazioni una alla volta, i sistemi quantistici possono sondare molte possibilità contemporaneamente, trovando così la soluzione in maniera molto più rapida ed efficiente.

Esistono problemi così complessi che nemmeno i supercalcolatori più potenti di oggi riescono a risolvere in tempi praticabili, perché richiederebbero calcoli troppo lunghi. Tra questi ci sono lo studio del comportamento caotico dei mercati finanziari e la previsione di eventi climatici, i computer quantistici potrebbero offrire maggiore precisione nell’elaborazione di scenari e previsioni. Un altro ambito riguarda lo studio dei materiali, che potrebbe portare alla progettazione di farmaci ottimizzati per applicazioni specifiche o allo sviluppo di trattamenti innovativi. Nella radioterapia, ad esempio, per rendere i trattamenti più mirati è necessario calcolare con grande precisione le traiettorie dei fasci e le loro interazioni con la materia. Disporre di calcolatori in grado di eseguire questi calcoli in modo più efficiente consentirebbe interventi più accurati. Si tratta però, al momento, di prospettive ancora lontane, conosciamo il potenziale, ma non possiamo avere la certezza di raggiungere davvero quei risultati.

Alcuni report segnalano che, nel campo delle tecnologie quantistiche e delle startup che vi operano, si è registrato un forte incremento degli investimenti, pari a diversi miliardi, provenienti sia dal settore pubblico sia da quello privato. Sempre più governi stanno cercando di sostenerne lo sviluppo, per portare queste tecnologie a un livello di maggiore maturità. Il Giappone ha annunciato un piano di investimenti da alcuni miliardi. Si stima che all’inizio del 2025, i soli investimenti pubblici nelle tecnologie quantistiche abbiano raggiunto circa dieci miliardi. Una spinta che nasce dalla convinzione che queste innovazioni possano davvero trasformare diversi settori.

Sfruttando i processi della fisica quantistica è possibile rendere le comunicazioni molto più sicure. Esistono già dispositivi commerciali che adottano tecniche di crittografia quantistica, la possibilità di garantire scambi protetti è oggi un tema centrale non solo in ambito finanziario, ma anche per la sicurezza e le strategie di difesa nazionali. Un esempio concreto è rappresentato da alcuni dispositivi che sono già equipaggiati con tecnologie quantistiche utili a migliorare la sicurezza delle comunicazioni private, come il Galaxy Quantum di Samsung, venduto in Corea, che integra un microchip fotonico in grado di generare numeri casuali utilizzati nei sistemi di crittografia. Un altro ambito è quello dei televisori, ci sono brand che commercializzano modelli che integrano Quantum Dot o punti quantici. Grazie alle loro dimensioni estremamente ridotte queste strutture consentono di controllare le proprietà ottiche e di restituire colori più caldi e naturali, migliorando la qualità visiva e rendendo l’esperienza di visione più piacevole e prolungata. Piccoli gadget tecnologici che stanno già entrando in diverse applicazioni della vita quotidiana. Un trend che dimostra anche agli investitori privati l’esistenza di reali opportunità e di potenziali ritorni significativi in più settori, motivo per cui cresce costantemente la quantità di capitale destinata a queste tecnologie.

È un altro ambito in cui si cerca di sfruttare le proprietà della fisica quantistica per sviluppare dispositivi molto più performanti rispetto a quelli convenzionali. Un esempio riguarda le comunicazioni che oggi, soprattutto su larga scala, si basano su fibre ottiche che trasmettono impulsi luminosi. I protocolli di crittografia quantistica utilizzano proprio l’informazione codificata in questi impulsi, così raffinati da poter arrivare, in alcuni casi, al singolo quanto di luce. La luce può essere immaginata come un insieme di minuscole particelle chiamate fotoni che presentano tutte le caratteristiche di un sistema quantistico. L’obiettivo è quindi codificare l’informazione direttamente in questi fotoni, sfruttandone le proprietà quantistiche per garantire comunicazioni molto più sicure.

I due ambiti avanzano di pari passo. Da un lato, i governi mostrano un interesse crescente a investire in queste tecnologie. Negli Stati Uniti, ad esempio, le agenzie governative puntano soprattutto ad applicazioni legate alla difesa, valutando possibili impieghi concreti. Allo stesso tempo, l’interesse del settore privato è altrettanto significativo, diverse aziende non solo i grandi colossi tecnologici, ma anche imprese più piccole, stanno investendo in questi sviluppi, riconoscendone importanti opportunità.